Η Κίνα βρίσκεται ξανά στο προσκήνιο της ενεργειακής καινοτομίας, παρουσιάζοντας μια τεχνολογία που υπόσχεται να ανατρέψει τα δεδομένα στον τομέα της αποθήκευσης ενέργειας. Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Haisheng San, καθηγητή του Xiamen University, και τον Xin Li, επιστήμονα του Chinese Atomic Energy Institute, ανέπτυξε ένα πρωτότυπο πυρηνικής μπαταρίας που μπορεί να λειτουργεί αδιάκοπα για πενήντα χρόνια χωρίς να χρειάζεται καμία φόρτιση ή εξωτερική παρέμβαση.
Το νέο αυτό σύστημα διαφέρει ριζικά από τις συμβατικές μπαταρίες, όχι μόνο λόγω της διάρκειας ζωής του αλλά και χάρη στην απόδοση που επιτυγχάνει. Σύμφωνα με τους ερευνητές, η πυρηνική μπαταρία αποδεικνύεται τρεις φορές πιο αποδοτική σε σχέση με τα υπάρχοντα μοντέλα, γεγονός που την καθιστά εξαιρετικά ελκυστική για εφαρμογές σε συνθήκες όπου η πρόσβαση και η συντήρηση είναι πρακτικά αδύνατες.
Οι παραδοσιακές πηγές ενέργειας, από τις χημικές μπαταρίες μέχρι τα φωτοβολταϊκά και τις κυψέλες καυσίμου, παρουσιάζουν σαφή μειονεκτήματα. Η χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα, η εξάρτηση από περιβαλλοντικούς παράγοντες όπως το φως του Ήλιου, αλλά και η ανάγκη τακτικής συντήρησης περιορίζουν τη χρήση τους σε απομονωμένα ή εχθρικά περιβάλλοντα. Η κινεζική ερευνητική ομάδα θέλησε να ξεπεράσει αυτά τα εμπόδια, αξιοποιώντας τις δυνατότητες των ραδιοϊσοτόπων.
Η καρδιά της καινοτομίας βρίσκεται στη χρήση του ραδιοϊσοτόπου στρόντιο-90, το οποίο ενσωματώνεται σε μια ειδική οπτική αρχιτεκτονική που ονομάζεται waveguide light concentration (WLC). Στο κέντρο της διάταξης βρίσκεται ο κρύσταλλος GAGG:Ce, ένας από τους φωτεινότερους σπινθηριστές που υπάρχουν σήμερα, ικανός να εκπέμπει φωτόνια με κορύφωση στα 520 νανόμετρα. Η ενέργεια που απελευθερώνει το στρόντιο-90 μετατρέπεται σε φως και στη συνέχεια οδηγείται απευθείας στις φωτοβολταϊκές κυψέλες, όπου μετατρέπεται σε ηλεκτρικό ρεύμα.
Τα αποτελέσματα των δοκιμών ήταν ιδιαίτερα ενθαρρυντικά. Μία μόνο μονάδα πέτυχε απόδοση μετατροπής 2,96%, ποσοστό πολύ υψηλότερο από ό,τι είχε καταγραφεί μέχρι σήμερα σε παρόμοιες κατασκευές. Η ίδια μονάδα παρήγαγε 48,9 microwatts, ενώ όταν οι ερευνητές συνέδεσαν περισσότερες μονάδες μεταξύ τους, η ισχύς έφτασε τα 3,17 milliwatts. Η ηλεκτρική συμπεριφορά της διάταξης έδειξε ανοιχτή τάση κυκλώματος στα 2,14 volts και ρεύμα βραχυκυκλώματος 2,23 milliamps, τιμές που οι επιστήμονες χαρακτήρισαν ως ιδανική ισορροπία μεταξύ σταθερότητας και αποδοτικότητας.
Το πιο εντυπωσιακό εύρημα ωστόσο αφορά την ανθεκτικότητα της μπαταρίας. Οι ερευνητές προσομοίωσαν το ισοδύναμο πενήντα ετών συνεχούς ακτινοβολίας και διαπίστωσαν ότι η απόδοση του συστήματος μειώθηκε μόλις κατά 13,8%. Με άλλα λόγια, ακόμη και μετά από μισό αιώνα συνεχούς λειτουργίας, η πυρηνική μπαταρία θα εξακολουθούσε να παρέχει αξιόπιστη ενέργεια.
Η τεχνολογία WLC, που αποτελεί το κλειδί της εφεύρεσης, κατευθύνει το φως από τον σπινθηριστή απευθείας στις φωτοβολταϊκές κυψέλες, περιορίζοντας δραστικά τις απώλειες. Επειδή δεν υπάρχουν μηχανικά κινούμενα μέρη ούτε ανάγκη εξωτερικής τροφοδοσίας, το σύστημα εμφανίζεται ιδανικό για αποστολές μεγάλης διάρκειας όπου η συντήρηση είναι αδύνατη.
Φυσικά, οι επιστήμονες παραδέχονται ότι απομένουν ακόμη σημαντικά εμπόδια προτού η τεχνολογία φτάσει σε μαζική παραγωγή. Το κόστος και η περιορισμένη διαθεσιμότητα του στρόντιου-90 αποτελούν σοβαρές προκλήσεις, ενώ θα χρειαστεί περαιτέρω έρευνα για να διασφαλιστεί η πρακτική εφαρμογή της τεχνολογίας σε μεγάλη κλίμακα. Παρά ταύτα, τα μέχρι τώρα δεδομένα αποτελούν σαφή πρόοδο προς την κατεύθυνση της ανάπτυξης συμπαγών, αποδοτικών και εξαιρετικά ανθεκτικών πυρηνικών μπαταριών.
Οι πιθανές εφαρμογές είναι πολλαπλές και κρίσιμες. Μια τέτοια μπαταρία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε διαστημικές αποστολές, όπου η σταθερή παροχή ενέργειας για δεκαετίες είναι απαραίτητη, ή σε απομακρυσμένους αισθητήρες που λειτουργούν σε ακραία περιβάλλοντα, όπως οι πολικοί πάγοι ή οι βυθοί των ωκεανών. Επιπλέον, υποθαλάσσιες υποδομές και στρατιωτικά συστήματα θα μπορούσαν να επωφεληθούν από μια πηγή ενέργειας που δεν απαιτεί συντήρηση και έχει σχεδόν απεριόριστη διάρκεια ζωής σε ανθρώπινη κλίμακα.
Αν η τεχνολογία αυτή καταφέρει να ξεπεράσει τα εμπόδια κόστους και παραγωγής, θα μπορούσε να ανοίξει νέους δρόμους τόσο για την επιστήμη όσο και για την τεχνολογία αιχμής. Μια πυρηνική μπαταρία με διάρκεια ζωής μισού αιώνα ίσως είναι το κλειδί για να εξερευνήσουμε με ασφάλεια το Διάστημα, να αναπτύξουμε υποδομές σε δυσπρόσιτα σημεία του πλανήτη ή να στηρίξουμε κρίσιμα συστήματα που απαιτούν αδιάλειπτη τροφοδοσία. Και όλα αυτά χωρίς την ανάγκη φόρτισης, ίσως για μια ολόκληρη γενιά.
[via]
