Russische onderzoekers hebben een nucleaire batterij ontwikkeld die per gram 10x meer energie levert dan de bestaande knoopcelbatterij. De batterij heeft een levensduur van vele tientallen jaren.
De nucleaire batterij gebruikt nikkel-63 als radioactieve bron. Dit isotoop van nikkel vervalt onder uitstraling van elektronen naar stabiel koper en heeft een halfwaardetijd van 101 jaar. Als isotoop heeft nikkel-63 dezelfde chemische eigenschappen als stabiel nikkel-58, maar dan met een aantal extra neutronen in de kern.
De prestatie van de onderzoekers van het Technological Institute for Superhard and Novel Carbon Materials in Moskou is vooral de wijze waarop ze met nikkel-63 een batterij wisten te bouwen. Ze bereikten een energiedichtheid die tien keer beter is dan eerder gemaakte nikkelbatterijen.
Ze bouwden de batterij op uit laagjes nikkel-63 van 2 µm (1 µ=0,001 mm), omgeven door twee laagjes speciaal samengestelde synthetische diamant van elk 10 µm die als diode functioneren. Die zorgen ervoor dat de elektronen maar één kant op kunnen. In totaal bestaat de batterij uit zo’n honderd laagjes nikkel en diamant.
Microwatts
De hoeveelheid energie die de batterij kan leveren zit in het domein van de kleine getallen. Bij krap 1 volt levert hij nog geen microwatt vermogen. Maar omdat het nikkel-63 heel langzaam vervalt, heeft de batterij een energievoorraad van 3300 mWh per gram, en dat is tien keer meer dan de meeste knoopcellen van Li-ion of zilverzink.
Het belangrijkste voordeel van een nucleaire batterij is die lange levensduur. Dat verklaart ook waarom eerdere versies ervan in de jaren zeventig zijn gebruikt om pacemakers van stroom te voorzien. Ze worden, zij het op basis van een ander werkingsprincipe, op dit ogenblik vooral toegepast in ruimtevaartuigen zoals de Marsrovers.Die batterijen gebruiken de warmte die de radioactieve straling veroorzaakt om er via een thermokoppel stroom mee op te wekken.
Er wordt momenteel door de universiteit van Bristol gewerkt aan een alternatieve radioactieve bron, koolstof-14, met een halfwaardetijd van 5700 jaar.
Waar de batterijen toegepast gaan worden moet nog blijken.Omdat ze lastig te produceren radioactieve isotopen nodig hebben, zullen ze veeleer in een specifieke niche worden toegepast dan in allerhande sensoren die nu in het kader van het Internet of Things worden ontwikkeld.
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.