Įsivaizduokite, kad turėtumėte prietaisą, kuriame baterijas tereikėtų pakeisti kartą per dešimtmetį ar net vieną vienintelį kartą per 100 metų. Skamba puikiai. Ir nors branduolinės baterijos mums leistų tai pasiekti, tačiau jų galios tankis šiuo metu yra dar per mažas, kad jas būtų galima naudoti praktiškai. Visgi, Rusijos mokslininkai informuoja apie tai, kad sukūrė naują branduolinę bateriją, pagamintą iš radioaktyviojo nikelio-63, kuri pasižymi gerokai didesniu energijos kiekiu nei įprastos ir šiuo metu rinkoje esančios baterijos.
Kai kurios branduolinės baterijos veikia vadinamuoju „beta-galvaniniu“ (angl. betavoltaic) procesu. Įrenginyje esantis radioaktyvus šaltinis skyla ir išmeta beta daleles (elektronus ir pozitronus), o kai jie sąveikauja su puslaidininkio sluoksniu, jie sukuria elektros srovę. Nors tokios baterijos gali tiekti energiją labai ilgą laiką, jų mažos galios tankis reiškia, kad energija yra išlaisvinama lėtai.
Tokie branduolinės energijos šaltiniai tinka ten, kur reikia per ilgą laiką suteikti palyginti mažą energijos tankį ir baterijas yra ypatingai sunku pakeisti kitomis, pavyzdžiui: erdvėlaiviai ar implantuojami prietaisai, tokie kaip širdies stimuliatoriai. Nors tai skamba gana egzotiškai, bet per pastaruosius keletą metų jau buvo bandoma sukurti tokias branduolines baterijas. Ankščiau buvo bandoma sukurti stronciu pagrįsta branduolinę bateriją, kuri skeldama vandens molekules gamintų elektrą, o vėliau atėjo ir „NanoTritium“ baterija su 20 metų veikimo periodu.
Naujasis baterijos dizainas, sukurtas tyrėjų iš Maskvos fizikos ir technologijų instituto (MIPT), Nacionalinio mokslų ir technologijų universiteto (MISIS) bei Superkietų ir neįprastų anglies medžiagų technologijų instituto (TISNCM), naudoja radioaktyvųjį nikelio-63 izotopą, kurio pusinio skilimo periodas yra 100 metų. Tyrėjų komanda sukūrė tokią baterijos struktūrą, kuri pagerina baterijos energijos tankio rodiklius.
Mokslininkai nustatė, kad nikelio-63 sluoksniai būtų efektyviausi, kai jų storis tesiektų 2 mikronus ir jei šie radioaktyvūs šaltiniai būtų sandariai patalpinti tarp deimantinių diodų, kurių storis siektų 10 mikronų. Komanda nustatė, kad prototipinėje branduolinėje baterijoje, kurioje buvo 200 tokių deimantinių energijos keitiklių, galia siekė apie 1 mikroW (μW). Jos galios tankis buvo 10 μW/cm3, o tai reiškia, kad ji galėtų patenkinti šiuolaikinio širdies stimuliatoriaus energijos poreikius.
Nikelio-63 branduolinė baterija pasižymi apie 3300 milivatvalandžių galia viename grame, o tai pasak tyrėjų reiškia, kad tai yra 10 kartų didesnė galia nei įprastų elektrocheminių baterijų. Tyrėjai taip pat teigia, kad sukūrė efektyvesnį metodą, kaip gaminti pluoštinį deimantinį sluoksnį ir turėti kuo mažesnius nuostolius. Nikelio-63 baterijų masinė gamyba gali būti sudėtingas uždavinys, tačiau komanda teigia, kad per ateinantį dešimtmetį ši baterijos medžiaga gali būti pilnai išvystyta iki pramoninės gamybos.
Tyrėjų komanda ir toliau planuoja tobulinti branduolinės baterijos dizainą bei jos struktūrą ir jau numatė keletą būdų kaip dar labiau padidinti baterijos energijos tankį. Tai apima nikelio-63 savybių pagerinimą, deimantinių keitiklių struktūros keitimą ir didesnį jų paviršiaus plotą.
Šio tyrimo rezultatai buvo paskelbti moksliniame žurnale „Diamond and Related Materials“.
