Год 1775 оказался для физики по-своему судьбоносным: «бессмертные» Парижской академии наук, заваленные проектами вечных двигателей, отказались их. «Вечный» ресурс работы аккумулятора объяснили тем, что радиоактивное вещество внутри сердечника способно сохранять активность на протяжении тысячи лет.
Ядерные батареи будущего
Для производства идеи данных атомных батареек будет использоваться радиоизотоп Никель-63. Тем не менее, до сих пор находятся энтузиасты, которые верят в светлое будущее батареек с радиоизотопами. Кстати, по подсчётам зарубежных учёных, можно будет изготавливать «алмазные» батарейки, период разряда которых составит 7000 лет!
Физики придумали «вечную» батарейку на основе алмаза
При этом, батарейку можно применить в нескольких высокофункциональных системах: она может быть применена как аварийный источник питания и температурный датчик в приборах, которые применяют, когда наступают экстремальные температуры или она может быть применена в отдалённых или недосягаемых местах. К примеру: — в космическом пространстве, в подводной среде или высоко в горах. На данный момент все создатели этой «бесперебойной» батарейки патентуют своё детище. Что вы по этому поводу думаете, друзья? Хотелось бы узнать ваше мнение в комментариях. С уважением Андрей Зимин 03.
Несмотря на малую мощность новых источников энергии, они обладают удивительным сроком действия.
Аккумулятор, содержащий один грамм углерода-14, будет давать 15 джоулей в день — меньше, чем батареи типа АА. Этот срок сопоставим с временм существования современной человеческой цивилизации. Очевидные приложения — маломощные электрические устройства, где требуется длительный срок службы источника энергии. Это — кардиостимуляторы, спутники, высотные беспилотные летательные аппараты или даже космические корабли», — считают ученые.
Радиоактивный изотоп испускает поток электронов, а они генерируют электрическую энергию. Над созданием источников питания, которые могли бы работать за счет энергии радиоизотопов, сейчас трудятся ученые по всему миру. Преимущество разработок ученых Самарского университета заключается в том, что создаваемый на основе их технологии продукт будет отличаться экологичностью, дешевизной и длительным периодом эксплуатации. Эти преимущества обеспечиваются, во-первых, за счет применения в новой батарейке углерода-14 в качестве радиоактивного источника. Период полураспада этого элемента составляет 5700 лет и при этом, в отличие, например, от Ni-63, углерод-14 нетоксичен и отличается низкой стоимостью. Второе отличие разработки ученых Самарского университета состоит в том, что в качестве «подложки» под радиоактивный элемент используется принципиально новая структура — пористая карбидокремниевая гетероструктура. Технология, запатентованная учеными Самарского университета, совершенно отлична от традиционной: на готовой кремниевой подложке наращивается карбидная пленка «методом эндотаксии». Затраты существенно сокращаются, потому что мы не используем традиционный процесс формирования пленки на карбидокремниевой подложке, — отметила член команды разработчиков Самарского университета Альбина Гурская.
Они будут аккумулировать энергию солнечного света в течение дня. А в 2020 году Tesla презентовала собственный инвертор солнечной энергии, который дополнит линейку домашних солнечных батарей компании. Он будет преобразовывать солнечную энергию в энергию постоянного тока, а затем — в энергию переменного тока для бытового потребления. В зависимости от числа трекеров точки максимальной мощности, оно сможет выдавать от 3,8 кВт до 7,6 кВт мощности. Инвертор Tesla Фото: electrek. Система объединит солнечные тепловые коллекторы с параболическими зеркалами фокусируют лучи в одной точке , подземное хранилище тепла в осадочных породах образуются при низких температурах и давлении и электрогенерирующее оборудование на пару в виде трубок и турбины. При нагревании солнцем вода в трубках будет испаряться, а пар будет входить в турбину и одновременно закачиваться под землю, разогревая осадочную породу. Ночью вода под землей будет испаряться уже под воздействием разогретой породы. Получаемый пар используют для выработки электроэнергии. Эту жидкость поместят в баки с теплоизоляцией и низким давлением. Нагревание вернет воздух в газообразное состояние, а газ приведет в действие турбины генераторов, которые будут вырабатывать электричество. Схема работы CRYOBattery В мае 2021 года международная группа ученых представила новые ультратонкие металлические электроды из золота, которые можно будет применять для разработки прозрачных солнечных панелей. Потенциально такие панели можно будет встраивать в окна домов и офисов, чтобы аккумулировать энергию. Гравитация и другие необычные решения Шотландский стартап Gravitricity в 2021 году объявил о начале пилотного проекта гравитационного накопителя энергии в Эдинбурге, крупнейшем закрытом глубоководном порту. Демонстрационный образец накопителя энергии Gravitricity мощностью 250 кВт Фото: gravitricity. Масса грузов при этом может варьироваться от 500 т до 5 тыс. При спуске груза будет происходить выработка электроэнергии. Она будет возвращаться в сеть в моменты пикового потребления. Приводом лебедки груза будет служить электрическая машина, способная поглощать или вырабатывать электрическую энергию при подъеме или опускании груза.
Стартап NDB сообщает о прорыве в области бесконечных батарей
Первая ядерная батарея Betavolt может обеспечивать мощность 100 микроватт и напряжение 3 В, при размерах 15 x 15 x 5 кубических миллиметров. Компания заявила о планах по производству батареи мощностью 1 ватт к 2025 году. Эти маленькие батареи могут использоваться последовательно для производства большего количества энергии, что позволяет представить мобильные телефоны, которые никогда не нужно заряжать, и дроны, которые могут летать бесконечно.
Но прежде чем избавиться от старого, вы вынули из него батарейку, вставили ее в новый, и он проработал еще несколько лет. Вы еще много раз меняли гаджеты, каждый раз используя в них одну и ту же батарейку — ту самую, первую. Затем вы завещали ее сыну. А он — вашему внуку. Потом она перешла к правнуку, к праправнуку и так далее. И все это время продолжала вырабатывать энергию — приблизительно 28 000 лет… Понимаем, что звучит это слишком смело даже для научной фантастики, и тем не менее есть реальные шансы, что подобная батарейка поступит в продажу в самое ближайшее время. Итак, что же такое — "тысячелетняя атомная батарея"?
Начнем с того, что ее корпус сделан из необычного материала — синтетических наноалмазов.
В качестве «движущей» силы они используют нагрев, то есть тепловую энергию. Это одно из основных отличий от атомных реакторов, в которых происходит цепная ядерная реакция.
Реакторы используются давно, однако они имеют большие габариты и вес, а ведь мы говорим о «космических батарейках». РИТЭГи планировалось использовать для космических аппаратов, но позже сферу применения расширили в том числе на медицинскую технику, например электрокардиостимуляторы. Первыми новую технологию, по крайней мере официально, внедрили американские военные в спутниках Transit 4A и 4B.
Батарею для них разработали в рамках программы SNAP-3. Transit 4A находится в нижней части — это цилиндр. Фото сделано незадолго до запуска в 1961 году.
Это навигационный спутник, позволявший получать данные вне зависимости от погоды на поверхности. Фото: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory Ей предшествовало появление SNAP-1 — тестовой платформы, в которой применяли цикл Ренкина цикл преобразования тепла в работу с использованием изотопа церия и ртути в качестве теплоносителя. Инженеры продолжили работу над проектом, пытаясь решить вопрос с защитой будущих астронавтов и груза от радиации, удержав вес системы в определенных рамках: иначе ракета не взлетит.
В итоге «щитом» в SNAP-2 стал усеченный конус, заполненный гидридом лития. Реактор разместили вверху, капсулу с условной командой и грузом — за нижней частью. Последовавшие испытания показали, что идея хороша, да только не работает: в определенных условиях, вероятность появления которых высока, смертельная доза радиации пройдет сквозь защиту.
Кроме того, конструкция оказалась весьма взрывоопасной. Transit 4A. Атомные батарейки на плутонии-238, которого потратили 96 граммов, установили в навигационные спутники военных Transit 4A и 4B.
Они выдавали 2,5 Вт электрической энергии тепловая была намного больше. Это был 1961 год. Спустя еще примерно год Transit 4B и некоторые другие спутники были повреждены из-за проведенных США ядерных испытаний в рамках программы Starfish Prime.
Тогда на высоте 400 километров взорвали 1,44-мегатонный заряд, устроив небесный фейерверк, а заодно повредив собственную технику.
Во время пандемии маски прочно вошли в нашу жизнь, и фантазия инженеров начала двигаться в этом направлении. В программе — новинки на все случае жизни: 3Д модели, полностью меняющие внешность, варианты для интровертов и спецразработка для транспорта и новогодних распродаж! А как маска может помочь, если поющий в караоке, к сожалению, не имеет ни слуха, ни голоса — расскажет и покажет в программе ведущий Михаил Борзенков. И в завершение выпуска — специальная тема, посвященная 5G и пресловутым шапочкам из фольги! Все противники теории про их защитные свойства будут посрамлены израильскими хирургами!
Невероятно, но в России создана «Вечная батарейка»!
Запас хода электромобилей Toyota с твердотельной батареей может увеличиться до 1 200 км. Машина будет заряжаться всего 10 минут. Еще один тип аккумуляторов, который разрабатывают ученые, — кислородно-ионный. У него существенно более долгий срок службы, а для производства не требуются редкие материалы. В марте 2023 года ученым из Венского технологического университета удалось разработать кислородно-ионный аккумулятор с важнейшим преимуществом перед литий-ионным: он может регенерировать. По сути, его емкость не уменьшается безвозвратно, что делает его одним из самых долгоживущих аккумуляторов, созданных человеком.
А он — вашему внуку. Потом она перешла к правнуку, к праправнуку и так далее. И все это время продолжала вырабатывать энергию — приблизительно 28 000 лет… Понимаем, что звучит это слишком смело даже для научной фантастики, и тем не менее есть реальные шансы, что подобная батарейка поступит в продажу в самое ближайшее время. Итак, что же такое — "тысячелетняя атомная батарея"? Начнем с того, что ее корпус сделан из необычного материала — синтетических наноалмазов.
Внутрь корпуса помещен радиоактивный сердечник, изготовленный из переработанных ядерных отходов, — углерода-14. Этот изотоп применяется в ядерной медицине, с его помощью диагностируют заболевания желудочно-кишечного тракта. Ядерные реакторы, использующие воду в активной зоне, также являются источником углерода-14.
Подобный источник питания идеально подойдет датчикам в автоматических системах управления и контроля, в том числе для бесперебойного мониторинга нефте и газопроводов в труднодоступных регионах Сибири, Дальнего Востока и Арктики. Датчики с "вечной" батарейкой могут широко применяться и при создании сложных механизмов, поскольку используемый в батарейке изотоп - карбид кремния - выдерживает температуру до 350 градусов. К примеру, речь об оборудовании, которое может работать в жерле вулкана или в условиях лесного пожара.
Активно исследуются возможности применения в тонкоплёночных транзисторах, фотовольтаике, сенсорах и др. Преимущества неупорядоченных органических полупроводников перед другими материалами — гибкость, лёгкость, разнообразие свойств и возможность производства по дешёвой массовой технологии. В связи с относительно малой величиной диэлектрической проницаемости поглощение фотона приводит к образованию пар, в которых электрон и дырка разделены в пространстве, но связаны кулоновским взаимодействием геминальные пары.
Вероятность полного разделения геминальной пары определяет фотогенерацию свободных носителей заряда: «электронов» и «дырок». Вот почему увеличение эффективности фотогенерации важно для развития устройств органической фотовольтаики и, в частности, солнечных элементов. Разъяснение феномена и предтечи открытий связано с физическими свойствами наногибридных материалов.
Изготовление конденсатов квантовых точек производится доступными методами, но для получения качественного покрытия необходимо тщательно соблюдать технологию и условия изготовления, а также выбирать тип органических молекул, «сшивающих» квантовые точки между собой [5]. Возможность замены лигандов позволяет менять расстояние между квантовыми точками и оптимизировать перенос энергии и заряда. Технология замены лигандов при комнатной температуре облегчает данный процесс, а наногибридные материалы с квантовыми точками разработчики РЭА используют не только для создания фотовольтаических элементов или светодиодов, но и для сложных полупроводниковых структур как основы новейших высокочувствительных сенсоров.
Он работал на бета-частицах стронция-90 по термоэлектрическому принципу, почти как термопара: между холодным и разогретым от активного источника полюсами-контактами возникала разность потенциалов напряжение , при подключении нагрузки создавалась классическая электрическая цепь с постоянным родом тока. Интересно, что для безопасной утилизации последних РИТЭГов с автономных антарктических метеопостов в 2015 году снаряжали полярную миссию. Пока же необслуживаемые метеостанции в труднодоступных районах питают электроэнергией от возобновляемых источников ветра и солнца.
В рассматриваемом прототипе изотопной батареи он в 2,5 раза больше. Специальные термо-фотоэлементы, преобразующие свет ближнего диапазона ИК-спектра в электрический ток, дают такой эффект, что энергии тратится меньше [4]. Можно сказать, батарея «сама себя экономит» и является аккумулятором для своей же энергии.
Теплопроводность в сердцевине изделия отсутствует, а в перспективе добиваются, чтобы максимум возможной энергии альфа-распада переходил в излучение. Нагрев рабочей зоны капсулы имитирует ТЭН, поэтому вакуум в рабочей камере нужен для исключения конвекционных потерь. По теме РИТЭГ уместно вспомнить, что тепло, как неизменный спутник процесса радиоактивного распада, уже является условием возникновения электрического тока после соответствующего преобразования.
Для иллюстрации этого тезиса уместно вспомнить принцип работы элементов Пельтье; кроме прочего, ими комплектуются электронные устройства охлаждения: кулеры, пурифаеры и др. Из истории автономных элементов питания История автономных элементов питания по-своему любопытна. Древняя багдадская она же парфянская электрическая батарея была похожа на глиняный горшок, внутрь которого вставлен и зафиксирован полый цилиндр из меди.
По центру, так, чтобы тот не соприкасался со стенками трубы, установлен металлический железный стержень. Конструкция закрывалась пробкой из битумной смолы. Внешний вид старинной парфянской электрической батареи представлен на рис.
Подобных артефактов при раскопках найдено несколько. Местом обнаружения стало древнее поселение Худжут Рабу неподалеку от Багдада, где в 1936 году велись археологические раскопки. Возраст городища оценивается примерно в 2000 лет, оно было построено в Парфянскую эпоху предположительно между 250 г.
Согласно предположению немецкого археолога Вильгельма Кенига, выдвинутому в 1938 году, предназначение сосуда было тем же, что у современного электрического аккумулятора. За загадочным артефактом прочно закрепилось название «багдадская батарейка». Вероятность гипотезы подтверждена экспериментами, проведёнными после Второй мировой войны Уиллардом Греем, исследователем компании «Дженерал Электрик».
Исследователь соорудил копию предполагаемой батарейки; после наполнения её электролитом Грей выяснил, что устройство является источником электрического тока с напряжением примерно 2 В [2]. Если это действительно так, то древние люди вполне могли пользоваться источниками питания с существенно более высоким напряжением, если включали подобные сосуды в последовательную электрическую цепь и извлекали из неё, к примеру, 220 В. Что касается альтернативных электрических батарей, работающих по принципу химической реакции, уместно вспомнить и такой вид химических источников тока, как батареи для акваторий.
Пример подобной электрической батареи представлен на рис. Одними из особенных и заслуживающих внимания химических источников тока являются специальные водоактивируемые батареи. Сухие законсервированные и герметично упакованные в целлофановую плёнку батареи способны обеспечить в электрической цепи ток 2—10 А зависит от типа батареи при заполнении резервуара водой.
Главное их назначение — морские и речные озёрные устройства навигации, сигнализации, освещения и спасения. Химические источники питания, работающие под воздействием воды, предназначены производителями для всех подобающих случаев, например, для огней спасательных жилетов к примеру, ЖСМ , светящихся буев БС-2 , спасательных плотов, огней поиска ЭОСС-98ПВ и самозажигающихся огней спасательных кругов. К примеру, буй БСД-02 буй светодымящий аварийный предназначен для обнаружения спасательного круга как в ночное, так и в дневное время за счёт подачи светового и оранжевого дымового сигналов.
Он состоит из поплавка и корпуса, в котором размещён водоактивируемый источник питания приводится в действие автоматически при падении в воду и дымящий состав.
Ученые представили «вечную» батарейку, работающую на радиоактивных элементах
При работе «алмазная» батарейка будет передавать излишки электричества литиевому аккумулятору. «Вечная атомная батарейка». В 2020 году американский стартап Nano Diamond Battery представил прототип бета-гальванической батареи, которая потенциально может проработать. Вечная батарейка? Российские учёные сделали элемент питания со сроком работы 10 лет. ТОПАЗ — вечная батарейка.
Российские ученые создали батарейку, работающую 100 лет
Поэтому носить в кармане портативный Чернобыль должно быть безопасно для здоровья. Во всяком случае так утверждают разработчики. При этом главный козырь ядерной батарейки заключается в том, что согласно расчетам, она будет работать в течение 28 тысяч лет! При этом Нано-алмазная батарейка: — Производит в 3,48 раза больше электричества, чем стандартная батарея типа АА. Впрочем, пока на руках у них только концепция нового энергетического чуда. Они собирают деньги, чтобы через два года представить публике действующий прототип.
Этого можно добиться, перерабатывая графитовые ядерные отходы в чистую форму, а затем превращая их в алмазы. Когда отходы, окруженные алмазом, распадаются, он взаимодействует с углеродом, генерируя небольшой электрический ток. В зависимости от потребляемой мощности аккумулятор, который никогда не требует подзарядки, проработает весь срок службы и дольше.
Он может использоваться для обычных мобильных устройств, медицинских изделий, спутников и может обеспечивать энергией труднодоступные места или отдаленные районы, где обычное обслуживание затруднено. Компания еще не выпустила прототип, но заявляет, что у нее есть доказательства концепции. Компания видит практически неограниченное количество приложений NDB.
Создатели источника питания особо подчеркивают, что он может работать в тех случаях, когда необходимо обеспечить длительную автономную работу устройств период полураспада трития 12 лет при крайне низких температурах до минус 60 градусов. В основе «ЭТАК» — использование трития и радиационно-стимулированных источников света с широким спектром на основе высокоэффективных радиолюминофоров. Основной сферой применения тритиевой батареи будет электропитание необслуживаемых датчиков, систем сбора и передачи информации, систем слежения и обнаружения, систем геолокации, специализированных RFID-меток и радиомаяков.
Возможно применение в портативной носимой электронике.
Основной сферой применения тритиевой батареи будет электропитание необслуживаемых датчиков, систем сбора и передачи информации, систем слежения и обнаружения, систем геолокации, специализированных RFID-меток и радиомаяков. Возможно применение в портативной носимой электронике. Представители «Электросервиса» сообщают также, что в ходе испытаний была подтверждена бесперебойная работа и автономность источника питания в сложных климатических условиях: при крайне низких температурах, в условиях повышенной влажности, высокого и низкого давления. Особо акцентируется внимание на тот факт, что использование новой российской тритиевой батареи не требует специальных условий и лицензий на эксплуатацию: она безопасна даже в случае нарушения целостности корпуса или элементов.
В России изобретены «вечные» батарейки
Все национальные сертификаты на новое топливо китайские власти уже выдали. Команда создала сверхтонкий топливный элемент со сверхвысокой удельной мощностью, пишет агентство Xinhua. Для этого инженеры из Тяньцзиня использовали ультратонкую пленку из углеродных нановолокон, полученную методом электроформования. В итоге у такого топливного элемента объемная плотность мощности выросла почти вдвое. Водородные топливные элементы считаются одной из наиболее перспективных технологий. Однако увеличение их объемной удельной мощности всегда было серьезной проблемой.
Китайский прорыв позволит создать водородные топливные элементы, которые будут по всем параметрам превосходить те, к которым мы привыкли сегодня. Но самое главное — они будут абсолютно экологичны. Поначалу водородные топливные элементы изобретенные, к слову, еще в 1960-х применяли только на космических кораблях — такими дорогими были технологии. Потом их стали внедрять в электромобилях, а в перспективе «водородные батарейки» попросту вытеснят все остальные даже в быту.
Результаты испытаний показали, что творение ученых компании обходили другие элементы питания на основе синтетических алмазов — если те демонстрировали 15-процентный прирост эффективности в сравнении с традиционными батареями, включая литий-ионные, то в случае разработки Nano Diamond Battery этот показатель был 40-процентным.
Форму батарее Nano Diamond Battery можно придать любую В то же время разработчики пока не могут точно сказать, когда элементы питания, основанные на разработанной ими технологии, начнут использоваться повсеместно. Первые версии таких элементов питания, пригодные для повседневного использования, могут появиться в течение двух лет. По их заявлению, использование таких батарей, к примеру, электромобилях намного более эффективно в сравнении с литиевыми. При тех же габаритах они смогут нести в себе большее количество энергии , а использование дешевого искусственного алмаза вместо дорогого лития позволит снизить итоговую стоимость электрокаров. Тем временем в России Отечественные специалисты тоже смотрят в сторону атомных портативных элементов питания.
Срок службы такой батарейки — 20 лет. Цифровизация Особенность трехмерной структуры батарейки заключается в том, что радиоактивный элемент наносится с двух сторон так называемого планарного p-n перехода, что позволяет упростить технологию изготовления элемента, а также контролировать обратный ток, который «крадет» мощность батареи.
В качестве ловушки они использовали специально обработанный кристалл кремния, обладающего полупроводниковыми свойствами, где и генерировался электрический ток.
В результате батарея теряет значительную часть своей номинальной ёмкости, а в какой-то момент совсем перестаёт накапливать и отдавать заряд. Хуже всего, когда она несъёмная, ведь заменить её сложно или вообще невозможно, поэтому гаджет, в который она установлена, приходится отдавать в ремонт или выбрасывать.
Кислородно-ионные аккумуляторы тоже подвержены проблеме деградации из-за перезарядных циклов, однако их химический состав позволяет с помощью специальной процедуры проводить регенерацию, возвращая им прежнюю ёмкость. Ещё одно преимущество этого изобретения — такие аккумуляторы можно производить без использования редкоземельных материалов, то есть они более экологичные и экономичные.
Российские учёные сделали диагностику когнитивных нарушений более точной и быстрой
«Использование биотопливного элемента (БТЭ) позволит предотвратить подобные оперативные вмешательства по замене аккумулятора, так как механизм использует в качестве топлива. Китайский стартап Betavolt представил новую батарею, которая, по их утверждениям, может генерировать электричество в течение 50 лет без необходимости зарядки или обслуживания. Не вечная батарейка, наверное, а то сразу захочется и вечного двигателя! труднодоступные места очень легко снабдить энергией", - сказал Ковальчук.
Советско-российские разработки. Вечная батарейка
Стартап из Поднебесной Betavolt представил атомную батарейку, живущую без подзарядки 50 лет. Российские физики создали материал для "вечной" космической батарейки читайте также. Первые рабочие образцы таких батареек, которые можно будет полноценно использоваться, могут появиться через 1-2 года. В зависимости от потребляемой мощности аккумулятор, который никогда не требует подзарядки, проработает весь срок службы и дольше. труднодоступные места очень легко снабдить энергией", - сказал Ковальчук. Китайский стартап Betavolt представил новую батарею, которая, по их утверждениям, может генерировать электричество в течение 50 лет без необходимости зарядки или обслуживания.