Дали диамантените батерии от ядрени отпадъци могат да заменят литиево-йонните батерии

Понастоящем две компании – Arkenlight и NDB – работят по технология, която дава възможност да се произвеждат диаманти от ядрените отпадъци и впоследствие те да се използват за създаване на батерии. Тези технологии станаха известни за първи път още през 2016 г., когато учени от Бристолския университет обявиха, че са създали прототип на батерия, като са превърнали ядрени отпадъци в диамант. На теория това би могло да реши два проблема едновременно – оползотворяването на ядреното гориво и създаването на по-усъвършенствани батерии от всички, които са налични в момента. На практика обаче батериите, произведени от ядрени отпадъци, така и не се появиха през изминалите седем години. В резултат на това възниква въпросът – доколко тази технология е изобщо перспективна?

Проблемът с ядрените отпадъци

Атомните електроцентрали създават множество ядрени отпадъци, които съдържат радиоактивни изотопи. Учените от дълго време си задават въпроса за тяхното обезвреждане. Безопасното дългосрочно съхранение не решава проблема, тъй като периодът на полуразпад на някои изотопи е много дълъг. Така например периодът на полуразпад на изотопа въглерод-14 е 5 700 години.

Това означава, че дори след като стронций-90 и цезий-137 изчезнат, проблемът с въглерод-14 ще трябва да бъде решен по някакъв начин. Ако Arkenlight и NDB успеят да създадат батерии от ядрени отпадъци, проблемът ще се реши от само себе си.

Технологията за създаване на батерии от отработено ядрено гориво

През 2016 г. учени от Бристолския университет показаха, че радиоактивният въглерод може да се нагрява и по този начин да се превръща в газ. Впоследствие той се кондензира в диаманти. Но как те могат да се използват в батериите? Според учените при разпадането на изотопа въглерод-14 до азот-14 се освобождават електрони под формата на бета-радиация.

Ако диамантите не са съставени от чист въглерод, както е при естествените диаманти, а са легирани по специален начин, те освобождават електрони. Казано по-просто, те могат да създадат ток, който може да бъде отведен към проводници. Този източник на енергия ще работи хиляди години. Това означава, че диамантените батерии никога няма да се нуждаят от презареждане.

За да не може радиоактивния материал да представлява опасност, учените са създали надеждна изолация. За тази цел те поставиха диаманта, изработен от въглерод-14, в диамант, изработен от стабилен (нерадиоактивен) въглерод-12. Благодарение на тази изолация батерията не представлява опасност за хората или електронното оборудване.

За какви цели могат да се използват диамантените батерии

Недостатъците на диамантените батерии включват факта, че те произвеждат сравнително малко количество енергия, тъй като разпадът на въглерод-14 е много бавен. Поради това първоначално се предполагаше, че използването им ще е подходящо в ситуации, в които е важна продължителността на работа на източника на енергия, но не и мощността на тази батерия.

Такива например биха могли да бъдат космическите сонди, изследващи външната част на Слънчевата система. Също така използването на такива батерии е целесъобразно в превозните средства, в които е много проблематично да се подмени батерията. В това число попадат различни мониторингови съоръжения, които се намират например във вулканите и под водата. Всички тези устройства, както и космическите сонди, се нуждаят от малко количество енергия.

Сега обаче NDB твърди, че значително е подобрила технологията. По-конкретно, инженерите са успели да подобрят изолацията на радиоактивните изотопи, както и системата за разсейване на топлината. Освен това батериите вече използват няколко радиоизотопа за генериране на енергия, а не само въглерод-14, който твърде бавно освобождава електрони.

В уеб сайта на NDB е показана снимка на автомобил, която загатва за възможността за използване на новите диамантени батерии в автомобилите вместо литиево-йонни батерии. А главният изпълнителен директор на компанията говори за възможността за въвеждане на подобни батерии дори в смартфоните. Много експерти обаче се съмняват в тези твърдения.

Защо диамантените батерии няма да могат да заменят литиево-йонните батерии

Ако в батериите се използва изотоп на въглерод-14 с дълъг период на полуразпад, капацитетът на батерията, както е посочено по-горе, ще бъде много малък. Следователно вероятността да се захранва смартфон е много малка, а за електромобили дори не можем да говорим, дори ако направим батерията много голяма.

Изотопи с по-кратък период на полуразпад могат да осигурят необходимата мощност, но в този случай батерията ще се разрежда доста бързо. А презареждането й би било изключително трудно. Освен това, за да може батерията да се използва в смартфоните и електромобилите, тя трябва да бъде достъпна. В крайна сметка едва ли някой би искал да си купи смартфон на цената на самолет, дори и да не се налага да го зарежда.

Разбира се, можем да предположим, че NBD са създали технология, която ще направи възможно създаването на евтина батерия, която да е мощна и „дълготрайна“. Въпреки това компанията не казва нищо за това. Нещо повече, въпросът беше повдигнат преди две години, но и до днес остава без отговор от страна на NBD. Следователно надеждата, че диамантените батерии ще могат да заменят литиево-йонните, е малка.