Jak działają radiofotowoltaiczne ogniwa RPVC
Sercem wynalazku jest innowacyjna struktura WLC integrująca radioaktywny stront-90 z wielowarstwowymi falowodami scyntylacyjnymi. Układ przekształca promieniowanie beta w światło widzialne, które następnie zamieniane jest na energię elektryczną. Pojedyncze ogniwo generuje 48,9 μW, a cały prototypowy moduł osiąga już 3,17 mW przy napięciu 2,14 V. Sprawność konwersji na poziomie 2,96% może nie robić wrażenia w porównaniu z panelami słonecznymi, lecz w przypadku zasilania jądrowego to znaczący postęp: trzykrotnie lepszy niż dotychczasowe rozwiązania. Kluczowym elementem całej konstrukcji okazały się falowody z materiału GAGG:Ce o grubości 2 mm, które pochłaniają 99% energii rozpadu beta. Powierzchnie wypolerowano dla lepszego odbicia światła, a krawędzie zmatowiono w celu optymalizacji emisji. To właśnie te detale zadecydowały o wydajności całego systemu.
Czytaj też: Fizycy opanowali solitony. Te fale odmienią tworzenie inteligentnych materiałów
Najbardziej imponującym aspektem jest najprawdopodobniej odporność na degradację. Symulacja 50 lat pracy wykazała jedynie 13,8% spadku wydajności optycznej. To wynik, który bije na głowę wszystkie znane alternatywy. Wybór strontu-90 jako źródła promieniowania nie był przypadkowy. Radioizotop ma długi okres półtrwania (28,9 lat), wysoką energię rozpadu i jest stosunkowo łatwo dostępny. Co ważne, testy wykazały, że promieniowanie gamma jest mniej szkodliwe dla ogniw niż wiązka elektronów. Jest to cenna informacja w kontekście projektowania przyszłych aplikacji.
Zaprojektowaliśmy i wykonaliśmy ogniwo RPVC, które osiąga równowagę między efektywnością a stabilnością. Napromieniowanie odpowiadające 50 latom eksploatacji potwierdza, że ogniwa RPVC oparte na WLC charakteryzują się doskonałą długoterminową stabilnością — wyjaśnia jeden z autorów badań, Tongxin Jiang
Gdzie takie baterie znajdą zastosowanie?
Oczywistym kierunkiem jest eksploracja kosmosu, szczególnie misje w miejscach oddalonych od Słońca. Równie interesujące wydają się aplikacje głębinowe czy polarne stacje badawcze, gdzie wymiana baterii jest wyjątkowo kłopotliwa lub wręcz niemożliwa. Tradycyjne rozwiązania, takie jak chemiczne akumulatory, ogniwa paliwowe czy panele słoneczne, po prostu nie sprawdzają się w ekstremalnych warunkach wymagających dziesięcioleci autonomicznej pracy. Entuzjazm warto jednak temperować realiami. Główną przeszkodą pozostaje dostępność i koszt produkcji strontu-90. Radioizotop ten wymaga specjalistycznych zakładów jądrowych, a jego masowa produkcja wciąż stanowi wyzwanie.
Chociaż produkcja ogniw RPVC na dużą skalę jest nadal ograniczona przez wyzwania, takie jak masowa produkcja i redukcja kosztów radioizotopów strontu-90, obecne wyniki badań stanowią znaczący krok naprzód w promowaniu zastosowań baterii jądrowych — dodają członkowie zespołu badawczego
Czytaj też: Opracowali bezołowiowe ogniwo słoneczne. Imponuje nie tylko składem, ale i wydajnością
Technologia RPVC z pewnością nie zastąpi nam powerbanków w smartfonach, jednak może zrewolucjonizować zasilanie w niszowych, specjalistycznych aplikacjach. To rozwiązanie dla misji, w przypadku których niezawodność przez dekady jest ważniejsza niż koszt czy wydajność. Droga do komercjalizacji będzie długa i kosztowna, choć pierwsze kroki wyglądają obiecująco. Być może za kilka lat takie baterie staną się standardem w sprzęcie badawczym pracującym na krańcach naszej planety – i poza nią. W takich realiach najważniejszym wyznacznikiem nie jest ostateczny koszt produkcji i montażu baterii, lecz ich niezawodność oraz możliwość wieloletniego działania bez konieczności wymiany.