В Самарском университете создают аналог "вечной" батарейки

Ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П.Королёва разработали технологию, которая позволяет создать батарейку со сроком службы более 100 лет.

 

Эта технология базируется на идее преобразования энергии, которую излучает радиоактивный источник, в электрическую энергию. Радиоактивный изотоп испускает поток электронов, и они генерируют электрическую энергию.

"Благодаря возникновению электрона изотопа, который генерирует источник бета-излучения, мы создаем аналог фотопреобразователя, но при этом нам не нужно солнце", - подчеркнул научный руководитель и главный конструктор проекта, доцент кафедры радиофизики, полупроводниковой микро- и наноэлектроники Самарского университета Виктор Чепурнов. 

Над созданием источников питания, которые могли бы работать за счет энергии радиоизотопов, сейчас трудятся ученые по всему миру. Экспериментальные образцы ядерных батареек существуют и в России, и в Швейцарии, и в США. 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".

 

"Эта технология позволяет уменьшить стоимость "подложки" в 100 раз. Затраты существенно сокращаются, потому что мы не используем традиционный процесс формирования пленки на карбидокремниевой подложке, – отмечтила член команды разработчиков Самарского университета Альбина Гурская. 
 

Неоспоримым плюсом карбидокремниевой структуры также является ее устойчивость к радиации. При излучении изотопа она остается практически неизменной, что и позволяет говорить о том, что батарейка, изготовленная по технологии ученых Самарского университета, будет работать неограниченно (по меркам человеческой жизни) долгое время.

 

Областью применения "вечных" батареек в первую очередь являются "технологии будущего". Благодаря своим компактным размерам эти источники питания идеально подойдут для различного рода датчиков в автоматизированных системах управления и контроля, в том числе для бесперебойного мониторинга нефте- и газопроводов в течение всего их жизненного цикла в труднодоступных регионах Сибири, Дальнего Востока и Арктики. 
 

Датчики с "вечной" батарейкой могут широко применяться и при создании сложных механизмов, поскольку карбид кремния выдерживает температуру до 350 градусов.

"Мы научились делать нано- и мезопоры на подложке кремния, затем преобразовывать их нестабильные свойства в стабильные. То есть, мы переводим фазу кремния в фазу карбида кремния. Это тоже полупроводниковый материал. Он химически более устойчив, способен работать при температуре до 350 градусов. Кремниевые датчики температур работают максимум до 200. Карбид кремния работает при температуре на 150 градусов выше. Он в 10 раз радиационно пассивнее, чем кремний, то есть, если в Чернобыльской ситуации роботы переставали слушаться, то на карбиде кремния уровень облучения допускается в 10 раз выше", - прокомментировал Виктор Чепурнов.

Пристальное внимание к автономным источникам питания, например, уделяют разработчики автомобилей. Предполагается, что огромная масса датчиков должна работать независимо в "умном автомобиле" в пассивном или активном режиме. Интерес к таким источникам питания активно проявляют и разработчики различных беспилотных аппаратов, поскольку для них крайне важны требования устойчивой работы легких по весу и в тоже время с большой удельной мощностью источников питания.
 

Широкие возможности для использования новых батареек открываются в медицине, в частности, в кардиологии. Для кардиобольных остро стоит проблема замены элементов питания в датчиках кардиостимулятора, задающих ритм сердца. Повторную операцию могут выдержать далеко не все пациенты, и зачастую срок их жизни ограничен сроком работы кардиостимулятора. 
 

Исследования ученых Самарского университета по разработке новой технологии создания элементов питания, работающих на радиоактивных изотопах, начались еще полтора десятка лет назад. Получен патент на технологию изобретения новых полупроводниковых структур для получения электрической энергии за счет радиоизотопов. Получение опытного образца нового элемента питания запланировано на октябрь-ноябрь 2016 года. 
 

Научные доклады по этой теме были представлены на ряде международных конференций, в том числе на Сессии Отделения Ядерной Физики Российской Академии наук в ОИЯИ (Дубна). В дальнейшем предполагается тесное взаимодействие ученых Самарского университета с госкопорацией по атомной энергии РОСАТОМ, ОИЯИ (Дубна), МИСИС, ПИЯФ (Гатчина), МГУ, предприятием "Электровыпрямитель" (Саранск), ГК АКОМ, зарубежными партнерами.

Фото: Андрей Киселев (фотоклуб "Иллюминатор")


Руководитель проекта, доцент кафедры радиофизики, полупроводниковой микро- и наноэлектроники Самарского университета Виктор Чепурнов