我爱孩子 新闻 童年科普:能用2.8万年不充电的纳米钻石电池就要问世了

童年科普:能用2.8万年不充电的纳米钻石电池就要问世了

想象一下,智能手机永远不需要充电,电动汽车可以持续足够长的时间供后代驾驶。太原的轨道卫星不再需要担心燃料短缺,也没有必要担心困扰人类多年的能源危机。这一天可能不远了。

最近,总部位于加州的绿色能源初创公司NDB宣布,它已经为纳米二氧化硅电池扫清了一个主要障碍。这种电池是由核废料驱动的,放射性核被多层人造金刚石包裹着,而人造金刚石是地球上最坚硬的材料之一,所以不用担心辐射。

当地时间8月25日,NDB宣布已经在加州的劳伦斯利弗莫尔国家实验室和剑桥大学的卡文迪许实验室完成了两项概念验证测试。在实验室中,电池的发电效率达到了40%,与太阳能发电效率15% -20%相比有了很大的提高。NDB认为这个数字将达到90%。

据报道,NDB DIA电池可以自我充电,最长使用寿命为28000年,但其联合创始人尼玛戈沙沙里菲说,这是指小型传感器,如电动汽车,可以运行约90年不充电,消费电子产品,可能是9年。

NDB首席战略官尼尔·奈克尔(Neel Naicker)在一次采访中说:“想象一下,一个你不用整天给iPhone充电的世界。再想想,一周、一个月……甚至几十年?这就是我们可以用这项技术做的事情。”

与需要定期充电的传统锂离子电池相比,纳米二氧化硅电池的功率密度要高很多倍。但NDB表示,他们的电池将配备模块化电源包,以适应不同的电压。此外,任何额外的电荷将存储在二次充电存储器中,如电容器、超级电容器和二次电池。

有了两层DIA的祝福,电池更加高贵

事实上,DIA电池是一种核电池,这个概念相对较新。这是布里斯托尔大学材料科学教授汤姆·斯科特于2016年11月25日在英国著名大学布里斯托尔大学卡波特研究所举办的“改变世界的奇妙思维”年度演讲活动中首次提出的。

当时,斯科特热情洋溢地介绍说:“没有运动部件,没有排放,没有维护,只有直接发电。”通过将放射性物质封装在DIA中,我们将核废料的长期问题转化为核电电池,并成为长期的清洁能源。”

根据斯科特团队的构想,DIA电池的核心是一小块回收的石墨核废料,它是基于放射性同位素的β衰变和α衰变,而这种放射性同位素是用两层人造DIA封装的。

这种石墨核废料富含碳-14放射性同位素,它会衰变为氮气,在这个过程中释放出一个反中子和一个衰变电子。石墨提纯后,用来制造微小的碳14。钻石结构就像半导体和散热器,收集电荷并将其传输出去。放射性碳-14 DIA完全被一种廉价的、非放射性的、实验室制造的碳-12 DIA包裹,它包含高能粒子,可以防止辐射泄漏,并作为超硬保护和抗干扰层。

因此,DIA电池就像一个火腿三明治,火腿是放射性部分,还有黄油和面包片,它们相当于人工DIA,中间夹着放射性部分。然而,研究小组展示了一个“DIA电池”的原型,用Ni -63代替C -14作为辐射源。

为了制造电池,有必要堆叠几层这种纳米金刚石材料,并将它们与微型集成电路板和小型超级电容器存储在一起,以立即收集、存储和分配电荷。NDB表示,它将符合任何形状或标准,包括美国汽车协会,美国汽车协会,18650,2170或各种定制尺寸。

值得注意的是,碳-14的半衰期为5730年,这是它的放射性衰变到最初效力的一半所需的时间。因此,2016年生产的电池可以满负荷运行到7746年,之后它的有效性将取决于它所供应设备的需求。

航空空,国防领域的早期采用者

从成本的角度来看,与目前的电池(包括锂离子电池)相比,DIA电池在价格上极具竞争力,一旦大规模生产,可能会更便宜——核废料的所有者甚至可能不得不向该公司付费,以解决他们手中的“烫手山芋”。

从参与者的角度来看,DIA Battery的研究团队孵化了两家公司,其中一家是上面提到的NDB,于2019年2月4日在加州成立。NDB的最终目标是将电池变成任何消耗电池的可行能源,从飞机、电动汽车和火车到智能手机、可穿戴设备和微型工业传感器。

完成概念验证后,NDB目前正在开发第一个商用电池的原型。低能耗的商用版本预计将在两年内推出,而高性能版本预计将在五年内推出。

据NDB称,第一批测试客户最近已经签约,这些客户将实际接收和使用第一批原型。尽管没有具体名称,但声明称,其中一家是“核燃料循环产品和服务的领导者”,另一家是“世界领先的航空/国防和安全制造公司。”显然,这种技术在几乎所有领域都很有吸引力,特别是在财力最雄厚的领域,如国防和航空空。

另一个是位于英国伦敦的阿肯莱特公司,该公司是由该项研究的领导者斯科特和合作化学家尼尔·福克斯于今年8月14日创建的。首席执行官是摩根·博德曼。与NDB不同的是,阿肯莱特之前已经创造了一个原型,使用碳-14和少量氚(一种放射性氢)作为β射线的来源。将来,他们将建立一个大规模生产的试验设施。该公司计划在2024年前将第一个商用核能电池投放市场。

此外,Arkenlight的目标是电池不能定期更换的应用,例如位于核废料仓库或卫星的偏远或危险位置的传感器;以及一些更接近个人的应用,如心脏起搏器或可穿戴设备。Arkenligh设想未来人们在更换设备的同时保留电池,而不是像现在这样频繁地更换电池。

然而,阿肯莱特公司还没有用改良过的核废料生产出一种核电池,在准备使用之前,需要几年的时间在实验室里改进核DIA电池。然而,这项技术引起了泰空和核工业的兴趣。据报道,阿肯莱特公司最近从欧洲航天局获得了一份合同,为“卫星射频识别标签”开发DIA电池,这种电池可以发射微弱的无线电信号,并能识别卫星数千年。

除了这两家公司之外,还有一些美国公司,如城市实验室和威创公司,它们已经开发了几十年的核电池。这些公司专注于使用氚代替碳-14作为更传统的多层核电池的核动力源。

核废料的“救世主”来了

如果开发出DIA电池,它不仅具有广阔的商业前景,而且对环境友好。核废料是全世界的棘手问题,核工业每年花费数亿美元。根据美国能源部的数据,美国的核反应堆每年产生2000多吨放射性废物,其中大部分最终被倾倒在现场,因为没有其他地方储存它们。

在英国,有近10万吨辐照石墨。如果这些核废料能被DIA电池利用,人类面临的能源危机将会得到解决。

此前,英国原子能机构从35吨经过辐照的石墨块中回收了另一种放射性同位素氚,用于核电池。Arkenlight团队正与该机构合作,希望从石墨块中回收碳-14。

如果阿肯莱特和NDB成功,他们将获得几乎取之不尽的原材料来制造核电池。英国航空管理局估计,不到100磅的碳-14足以制造数百万个核电池。此外,通过从石墨块中去除放射性碳-14,它们将从高放射性核废物降解为低放射性核废物,这使得它们更容易处理并且在长时间储存时更安全。

NDB联合创始人尼玛·戈沙也表示,公司更注重保护环境。“我们非常关心地球的安全,并致力于减少气候变化,为子孙后代保护我们的地球。”

DIA电池项目的顾问、伦敦大学学院的计算机科学家约翰·谢威-泰勒博士说,NDB可以用“近乎零的环境影响和能源运输成本”来解决全球能源危机。例如,化石燃料发电站、水力发电站、涡轮机或核电厂,“它们的技术可以长期提供能源,而无需充电、加油或维护。”

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