Перспектива менять батарейки в портативных устройствах раз в десять лет или даже раз в сто лет выглядит заманчиво. Когда в обиход войдут ядерные батарейки, эта перспектива воплотится в жизнь, однако сегодня плотность энергии таких аккумуляторов слишком мала. Российские учёные разработали ядерную батарейку на никеле-63, которая обладает большей мощностью, чем обычные батарейки.

Атомная энергия не пользуется популярностью, так как распад радиоактивных материалов продолжается десятилетиями или веками. Но этому свойству можно найти полезное применение: ядерная батарейка способна годами высвобождать энергию медленно и бесперебойно.

В основе работы некоторых ядерных батареек лежит бета-вольтаический эффект. Энергия бета-излучения преобразуется в электричество. Бета-вольтаические батарейки способны обеспечивать прибор электроэнергией в течение продолжительного времени, а низкая плотность энергии означает, что энергия выделяется медленно.

Подобные аккумуляторы идеально подходят для использования в приборах, заменить батарейки в которых проблематично – это космическое оборудование или встраиваемые аппараты наподобие кардиостимуляторов. В последние годы появились ядерные батарейки на основе стронция и нано-тритиевый аккумуляторы, способные проработать 20 лет.

Разработка специалистов МФТИ, ТИСНУМ и Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» выполнена на основе изотопа никеля-63, период полураспада которого составляет более 100 лет. Исследователи представили новую конструкцию, которая повышает плотность энергии устройства.

Учёные смогли добиться эффективных результатов, поместив слой никеля-63 толщиной в 2 микрона между алмазными полупроводниками толщиной в 10 микрон. Мощность снабжённой двумя сотнями алмазных полупроводников батарейки составила около 1 микроватта. Плотность энергии составляет 10 микроватт на кубический сантиметр, и это позволяет устройству питать современный кардиостимулятор.

Плотность запасённой энергии оценивается в 3300 милливатт-часов на грамм. По подсчётам учёных, это в 10 раз больше, чем у обычных батареек.

Разработчики создали более эффективный способ массового производства алмазных полупроводников с минимальными потерями. Учёные утверждают, что хотя массовое производство никеля-63 сегодня связано с некоторыми сложностями, процесс будет отлажен в ближайшие десять лет.

В будущем исследователи продолжат совершенствовать конструкцию батарейки, пути повышения мощности уже намечены. Среди них обогащение никеля-63, изменение структуры алмазных полупроводников и увеличение их площади.

Научная статья о ядерной батарейке опубликована в издании Diamond and Related Materials.