Наноалмазные батареи: эко-эффективная, высокопроизводительная энергия для всех устройств

Современная жизнь сильно зависит от мобильных батарейных устройств, влияя на повседневные аспекты нашей жизни, от телекоммуникационных устройств до транспортных средств. Существует растущий спрос на эффективные и экономичные батареи. Конвенциональные батареи были изрешены многочисленными проблемами, и в эпоху возрастающего осознания глобального потепления и накопления отходов, производство должно соответствовать принципам и процессам устойчивого развития.

Наноалмазная батарея (NDB) — это высокомощная, алмазная альфа-, бета- и нейтронная вольтаическая батарея, которая может обеспечить пожизненную и зеленую энергию для многочисленных приложений и преодолеть ограничения существующих химических батарей. NDB действует как крошечный ядерный генератор. Источник питания для NDB — промежуточные и высокоуровневые радиоизотопы, экранированные для безопасности множественными уровнями синтетического алмаза. Энергия поглощается в алмазе через процесс, называемый неупругим рассеянием, который используется для генерации электричества. Процесс самозарядки обеспечит заряд на полную жизнь любого устройства или машины, с сроком службы батареи до 28 000 лет.

Поскольку батарея самозаряжается и требует только воздействия естественного воздуха, любой избыточный заряд может быть накоплен в конденсаторах, суперконденсаторах и вторичных элементах для продления срока службы батареи для мобильных телефонов, самолетов, ракет, электромобилей, сенсоров и других устройств и машин.

Системные технологии

Алмазная ядерная вольтаическая (DNV) технология — Как устройство, DNV представляет собой комбинацию полупроводника, металла и керамики, которая имеет две контактные поверхности для облегчения сбора заряда. Несколько отдельных блоков соединяются вместе через проводимые каналы, которые фабрикуются осаждением Ni на стороне DNV для создания +ve и -ve контактов батарейной системы, что называется DNV стеками. Между ними находятся радиоизотопы, которые при распаде выпускают либо альфа-, либо бета-, либо нейтронное излучение. Это затем неупруго рассеивается в монокристаллическом алмазе (SCD) в блоке DNV для генерации зарядов, которые собираются зарядосборниками.

Каждый слой DNV стека состоит из источника высокого энергетического выхода. Такая организация улучшает общую эффективность системы и обеспечивает многослойный щит безопасности для продукта.

Быстрая конвертация излучения в электричество — Все радиоизотопы известны тем, что производят большое количество тепла. Стратегическое размещение источника между DNV блоками облегчает неупругое рассеяние, возникшее из-за присутствия SCD в блоке DNV. Этот дизайн предотвращает самоабсорбцию тепла радиоизотопом и позволяет быструю конвертацию в полезное электричество.

Тонкопленочная структура — Тонкопленочный профиль, экспонентируемый NDB, позволяет поглощению излучения в SCD с минимальным самоабсорбцией. Благодаря своему гибкому дизайну, эта технология может принимать любую форму и форму в соответствии с приложением. NDB может быть сделан таким большим, как требует приложение, где минимальный предел размера 40 мкм.

Ядерный процесс переработки — Радиоактивные отходы перерабатываются и рециклируются для обеспечения устойчивости и продвижения чистого источника энергии в безопасной и защищенной среде.

Функции безопасности

Ключевые инновации NDB — изощренные функции безопасности, охватывающие тепловую, механическую и радиационную безопасность.

Алмазный инкапсулятор — Радиационная безопасность достигается через инкапсуляцию DNV с использованием алмазного инкапсулятора, который содержит излучение внутри устройства. DNV стеки, вместе с источником, покрыты слоем поликристаллического алмаза, который известен тем, что является наиболее теплопроводным материалом и имеет способность содержать излучение внутри устройства. Он также в 12 раз прочнее нержавеющей стали, делая батарею прочной и защищенной от взлома.

Нанослои сделаны из хрома и свинца в структуре «отверстие и колпачок», которая захватывает излучение от DNV. Отверстие действует как теплопроводящий канал, проводящий тепло к внешней части инкапсулятора. Пока колпачок захватывает излучение, выходящее из отверстия, встроенного в алмазный инкапсулятор компонент NDB, он может поглощать и содержать вторичное излучение, а также первичное излучение близко к фоновым уровням излучения.

Встроенные тепловые вентиляции — Высокоэнергетический источник, присутствующий в батарейной системе, производит тепло во время операции. Это приводит к теплопроводности в системе. Тепловые вентиляции в системе помогают проводить этот процесс с учетом внешней поверхности алмаза, чтобы держать внутренности на оптимальном уровне.

Бор-задопленный SCD — Для использования каждого аспекта в системе, NDB — в дополнение к альфа и бета — также включает использование нейтронного излучения с бор-10 допингом. Допинг помогает конвертировать лишний нейтрон в альфа-луч.

Система блокировки — Использование ядерного источника питания для батарейной системы поднимает вопрос ядерного распространения из-за производства делящихся изотопов, таких как Pu-238 и U-232. Для решения этой проблемы NDB использует механизм ионной имплантации, называемый «системой блокировки», который предотвращает использование иное, чем генерация питания. Это повышает удобство использования, удовлетворяя требования безопасности потребителей.

Применения

Автомобильный — Электромобили активно продвигались различными правительствами и, как таковые, это одна из самых быстрорастущих областей в последние годы. Естественно, его ключевой компонент — батарея, которая движет автомобилем — также сильно развивалась. Как батарейное решение, NDB питание традиционные аспекты автомобиля, а также моторы. Что, пожалуй, наиболее интересно, инновации такие как головные дисплеи, дополненная реальность, автопилот и бортовой ИИ также могут быть поддержаны с использованием NDB.

NDB может использоваться днем для питания автомобиля; ночью, когда автомобиль припаркован, NDB-питаемый EV может быть подключен к дому, где сгенерированный заряд может затем питать дом, и любой избыток может быть продан в сеть. Это эффективно означает, что национальная сеть краудсорсит электричество, облегчая увеличенный спрос на электричество, который приходит с увеличенным уровнем принятия EV.

Аэрокосмический — Рынок авиации огромен и многие технологические достижения приходят из цифровой революции. Некоторые примеры использования NDB включают обеспечение критически важной питания областей, таких как кабина пилота, для улучшения безопасности авиалиний и питание черного ящика для помощи в спасении пропавших самолетов. Черный ящик посылает сигнал периодически для трансляции своего местоположения; однако доступность сигнала основана на батарее, которая его питает. В настоящее время ограничение заряда батареи черного ящика ограничивает время поиска, так как сигнал местоположения станет недоступным, как только заряд батареи иссякнет. NDB сможет увеличить срок службы батареи черного ящика, позволяя поисковой группе больший шанс на спасение.

Недавние достижения в космической технологии и рост электрических самолетов привели к возрастающему спросу на их батарейные системы, сдерживаемому опасениями относительно долговечности и безопасности. Спутники и космические аппараты сильно полагаются на солнечную энергию, которая может быть нарушена суровыми космическими средами. NDB может быть использован для питания дронов, электрических самолетов, спутников, космических роверов, скафандров и станций, позволяя более длительную активность.

Медицинская технология — Внутрителесные медицинские устройства и имплантируемые, такие как слуховые аппараты и кардиостимуляторы, могут выиграть от долгой жизни батареи в меньшем пакете с дополнительным преимуществом безопасности. С NDB пациенты больше не должны беспокоиться о перезарядке кардиостимулятора из-за его длинного полужизненного периода. Поскольку NDB имеет слой нативного поглотителя излучения, интегрированный в свою структуру, он предотвращает утечку излучения от имплантируемых устройств.

Промышленный — Безопасность, выходная мощность и универсальность NDB обеспечивают питание множеству рутинных приложений и тех, которые трудно реализовать. Центры обработки данных, удаленные локации и враждебные среды применения NDB делают его выдающимся обещанием для продуктивности и футуристических приложений.

Одним недостатком Интернета вещей (IoT) является физические устройства сами по себе. Поскольку каждая функция (такая как освещение) будет нуждаться в сенсорах и Wi-Fi приемниках, они неизбежно будут нуждаться в электричестве. Традиционно это удовлетворялось использованием батарей и прямой электрической проводки, но в любом случае есть ограничения — батареи сажаются, а провода требуют электрика для установки, что может быть неудобно. Если использовался бы NDB, IoT устройства были бы полностью беспроводными и могли быть размещены где угодно без необходимости беспокоиться об истощении батареи.

Заключение

NDB зеленый, так как у него нет выбросов, он инертен к окружающей среде и не требует добычи кобальта. NDB более энергонеплотный, долговечный, не зависящий от погоды альтернативой к традиционным источникам энергии. Добавленные ценности — отсутствие вредных побочных продуктов и переработка ядерных отходов.

Технология имеет потенциал заменить другие источники энергии, такие как бензин и литий-ионные батареи, снижая их негативное воздействие на окружающую среду, вызванное выбросами и токсичными металлическими отходами.

Другой тренд — дефицит кобальта, критически важного компонента Li-ion батарей. Поскольку NDB не содержит кобальта, это решение, которое не затрагивается дефицитом сырья.

Наконец, одна из самых важных недавних тенденций — внезапный рост спроса на электромобили. Правительства по всему миру работают над переходом от топливных автомобилей к электрическим — рынок, который является естественной подгонкой для NDB.

Эту статью внес الدكتور Нима Гольшарифи, главный исполнительный директор NDB (Сан-Франциско, штат Калифорния). Для получения дополнительной информации посетите сайт .