Souhrn
Výzkumníci z korejského Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST) pod vedením profesora Su Il Ina z katedry energetického inženýrství vyvinuli perovskitovou betavoltaickou baterii poháněnou izotopem uhlíku-14. Tato buňka dosáhla podle týmu světového rekordu v konverzní účinnosti přeměny beta částic na elektřinu a zároveň prokazuje dlouhodobou provozní stabilitu. Technologie je určena pro autonomní napájení v náročných prostředích, kde konvenční baterie selžou.
Klíčové body
- Rekordní konverzní účinnost betavoltaické buňky založené na perovskitu s radiační absorbérkou z uhlíku-14.
- Dlouhodobá stabilita bez nutnosti dobíjení nebo výměny, na rozdíl od lithium-iontových baterií.
- Cílové aplikace zahrnují systémy umělé inteligence, zařízení internetu věcí a vesmírné zařízení v extrémních podmínkách.
- Zlepšení výkonu radiační absorbéru, klíčové složky přeměňující beta částice na elektron-díra páry v polovodiči.
- Potenciál nahradit baterie s omezenou životností, rizikem požáru a nutností údržby.
Podrobnosti
Betavoltaické baterie fungují na principu přeměny beta částic – vysokoenergetických elektronů uvolňovaných při radioaktivním rozpadu – na elektrickou energii. V tomto případě slouží izotop uhlíku-14 jako zdroj, který má poločas rozpadu přes 5700 let, což zajišťuje extrémně dlouhou životnost bez útlumu výkonu. Klíčovým prvkem je perovskitový materiál použitý jako absorbér radiace, který efektivně generuje elektron-díra páry v polovodiči, podobně jako v solárních článcích, ale namísto světla využívá beta záření.
Tým z DGIST, specializovaného výzkumného institutu v Koreji zaměřeného na pokročilé technologie v energetice a materiálech, se soustředil na optimalizaci této absorbéru. Konvenční lithium-iontové baterie trpí omezeným počtem nabíjecích cyklů (typicky 500–2000), rizikem termického běhu a požáru při přehřátí, stejně jako nutností pravidelného dobíjení. Existující betavoltaické zařízení byla dosud brzděna nízkou účinností absorbérů, často pod 10 %. Nová perovskitová buňka překonává tyto limity a dosahuje vyšší konverze, přičemž udržuje stabilitu i po dlouhodobém vystavení radiaci.
Vývoj probíhal v laboratořích DGIST, kde profesor In a jeho kolegové testovali různé perovskitové struktury pro maximální sběr beta částic z uhlíku-14. Uhlík-14 je ideální zdroj díky nízké energii beta částic (maximálně 156 keV), což minimalizuje poškození materiálu a zvyšuje bezpečnost oproti agresivnějším izotopům jako trit nebo nikl-63. Výsledky byly publikovány v kontextu aplikací, kde je nepřetržité napájení kritické: autonomní senzory v internetu věcí (IoT) pro monitorování v odlehlých oblastech, edge zařízení pro umělou inteligenci vyžadující neustálý provoz bez sítě nebo vesmírné sondy, kde solární panely selžou v temných zónách nebo radiaci.
Proč je to důležité
Tento průlom v betavoltaických technologiích představuje revoluci v dlouhodobém napájení pro kritické sektory. V éře rozrůstajícího internetu věcí a edge AI, kde miliardy zařízení potřebují autonomii desetiletí, eliminuje závislost na dobíjení a snižuje environmentální dopad lithium-iontových baterií. Pro vesmírný průmysl znamená spolehlivější napájení pro mise na Měsíci nebo Marsu, kde tradiční zdroje selžou. Jaderné baterie jako tyto umožní novou generaci robotických systémů a AI senzorů v extrémních podmínkách, jako jsou hlubokomorské sondy nebo autonomní drony v polárních oblastech.
Kriticky lze poznamenat, že jde o laboratorní prototyp; komercializace vyžaduje řešení bezpečnostních regulací pro radioaktivní materiály a škálování výkonu (typicky mikrowatty až milivatty). Přesto překonává stávající rekordy a otevírá cestu k hybridním systémům, kde betavoltaika doplňuje solární nebo supercapacitory. V širším kontextu posiluje postavení perovskitů – materiálů známých z vysoceúčinných solárních buněk – v energetických aplikacích mimo světlo, což může urychlit vývoj pro robotiku a autonomní systémy.
Zdroj: 📰 Space Daily