يمكن لبطاريات الطاقة الذرية أن تعمل بشكل مستقل لمدة 50 عامًا
[ad_1]
في مجال الإلكترونيات الاستهلاكية، توجد تكنولوجيا البطاريات في كل مكان. ومع ذلك، غالبًا ما يأتي ذلك مصحوبًا بتدهور كبير في الأداء والحاجة إلى إعادة الشحن بشكل متكرر. قد يكون هذا مشكلة خاصة بالنسبة للأجهزة ذات المساحة المحدودة. علاوة على ذلك، فإن حلول البطاريات التقليدية هذه، التي تعتمد على مصادر الطاقة غير المتجددة، لا تتوافق مع أهداف الاستدامة في العديد من الصناعات.
يبحث المصنعون بنشاط عن بديل للبطاريات التقليدية. واستجابة لذلك، يقوم الباحثون بتطوير بطاريات الطاقة الذرية. توفر هذه البطاريات ميزة فريدة من نوعها: فهي يمكن أن تعمل بدون إعادة شحن لعدة سنوات، مما يجعلها حلاً مقنعًا للبيئات الصعبة. وقد جعلتها التطورات الحديثة مناسبة للاستخدام في الأجهزة المحمولة وأجهزة الاستشعار الطبية.
يستكشف هذا المقال الأنواع الثلاثة من الجسيمات المشعة. كما تمت مناقشة تفاصيل البطارية النووية بيتافولتية، وهي جزء من البطاريات الذرية غير الحرارية. وأخيرا، ننظر إلى أحد الأمثلة على مثل هذه التكنولوجيا التي طورتها شركة صينية ناشئة، بيتافولت، والتي تدعي أن بطاريتها قادرة على توليد الكهرباء لمدة 50 عاما دون شحن.
أساسيات بطاريات الطاقة الذرية
هناك ثلاثة أنواع من الجسيمات المشعة:
- تتكون جسيمات ألفا من بروتونين ونيوترونين، ونظرًا لكتلتها وشحنتها، فإن قدرتها على الاختراق منخفضة نسبيًا. ومع ذلك، فإنها يمكن أن تكون خطيرة للغاية لأنها يمكن أن تسبب ضررا بيولوجيا للخلايا الحية.
- جسيمات بيتا هي إلكترونات عالية الطاقة وعالية السرعة تنبعث من نوى مشعة معينة، مثل السترونتيوم 90 أو النيكل 63. يتم استخدامها في التطبيقات الطبية المختلفة. يمكن استخدام النظائر الباعثة لبيتا لتوليد الكهرباء مباشرة من خلال التأثير البيتافولطي.
- أشعة جاما هي أجهزة راديو كهرومغناطيسية ذات طاقة عالية وتردد عالي وتستخدم أيضًا في التشخيص الطبي.
لكن في هذه المناقشة، سنركز على البطارية الذرية ذات المحولات غير الحرارية، وهي البطارية النووية البيتافولتية. طرحته شركة RCA لأول مرة في الخمسينيات من القرن العشرين، وغالبًا ما يتم استخدامه في الأجهزة الإلكترونية منخفضة الطاقة للتشغيل المستمر. بعض مزايا البطاريات النووية البيتافولتية هي أنها فعالة من حيث التكلفة وموثوقة.
يمثل الشكل التخطيطي في الشكل 1 تشغيل البطارية بيتا فولتية التي تولد الكهرباء من اضمحلال أحد النظائر المشعة، مما يؤدي إلى إطلاق جسيمات بيتا. في الجزء العلوي من المخطط، نلاحظ مصدر إشعاع ينبعث منه جسيمات بيتا (إلكترونات أو بوزيترونات). يمكن استخلاص هذا المصدر من العديد من النظائر التي يمكن استخدامها لتطوير بطاريات الطاقة الذرية ذات الطاقة الأعلى وعمر الخدمة من سنتين إلى 30 سنة.
يسلط الشكل 1 الضوء أيضًا على مكون أساسي آخر: أشباه الموصلات من النوع p والنوع n. منطقة النضوب الموجودة بين المواد من النوع p والنوع n خالية من حاملات الشحنة بسبب إعادة تركيب الإلكترونات والثقوب. تعمل هذه المنطقة كعازل حتى يتم تنشيطها بواسطة جسيمات بيتا، والتي تقوم بعد ذلك بتوليد أزواج ثقب الإلكترون.
تبدأ الآلية الأساسية للعملية البيتافولتية عندما تدخل جزيئات بيتا من النظائر إلى شبه الموصل وتصطدم بذراتها، مما يؤدي إلى تكوين أزواج من الثقوب الإلكترونية. يتم فصل هذه الأزواج بواسطة المجال الكهربائي في منطقة النضوب، حيث تتحرك الإلكترونات نحو المادة من النوع n والثقوب باتجاه المادة من النوع p. إن حركة حاملات الشحنة تجاه جوانبها تخلق تيارًا يمكن استخدامه لتشغيل جهاز التحميل.
Betavolt BV100: بطارية نووية للإنتاج بالجملة
طورت شركة Betavolt الصينية الناشئة بطاريات نووية يمكنها توفير خرج كهربائي مستقر لفترات طويلة، تصل إلى 50 عامًا، دون أي إعادة شحن. يستخدم التصميم النظائر المشعة للنيكل 63 وأشباه الموصلات الماسية أحادية البلورة. يسمح التصميم المعياري للبطاريات بقابلية التوسع والتخصيص، مما يلبي متطلبات الطاقة المحددة للأجهزة المختلفة.
يُظهر التصميم أن سمك أشباه الموصلات يبلغ 10 ميكرومتر فقط، وأن المصدر المشع عبارة عن صفيحة بسمك 2 ميكرومتر من النيكل-63. يقع النظير المشع بين طبقتين من أشباه الموصلات الماسية. يمكن توصيل هذه الوحدات على التوالي أو بالتوازي لتشكيل بطاريات ذات أحجام وسعات مختلفة.
تدعي الشركة أن البطارية النووية BV100 ستوفر خرج طاقة قدره 100 ميكرووات بجهد 3 فولت. يمكن للبطارية إنتاج 8.64 جول يوميًا، أو ما يقرب من 3,153 جول سنويًا. وتخطط شركة Betavolt لتطوير بطارية بقدرة 1 واط بحلول العام المقبل، مما يشير إلى القدرة على توسيع نطاق إمكانات هذه التكنولوجيا.
وتؤكد شركة بيتافولت كذلك على خطتها لمواصلة الأبحاث حول تطوير بطاريات الطاقة الذرية باستخدام نظائر مختلفة، مثل السترونتيوم 90، والبروميثيوم 147، والديوتيريوم. وقد سجلت الشركة براءة اختراع في بكين.
وقال تشانغ وي، رئيس مجلس الإدارة والرئيس التنفيذي لشركة Betavolt: “إن جوهر بطارية الطاقة الذرية لشركة Betavolt هو الجيل الرابع من أشباه الموصلات الماسية، وهي مادة أشباه الموصلات النهائية، المعروفة جيدًا في الصناعة ومكانة عالية أخرى في المنافسة العالمية لتكنولوجيا مجال أشباه الموصلات”. “إن محولات الألماس عالية الكفاءة هي المفتاح لتصنيع البطاريات النووية.”
مراجع
1شركة بيتافولت لتكنولوجيا الطاقة الجديدة المحدودة (8 يناير 2024). “نجحت شركة Betavolt في تطوير بطارية طاقة ذرية للاستخدام المدني.”
2بينيرو، MA، وفيسنتي، LM (2012). “شرح البطاريات الذرية، وكيفية عملها، وتطبيقاتها.” مستودع بورتوريكو السحابي.
3كيم وآخرون. (2017). “تقييم أداء البطارية البيتافولتية Ni-63.” وقائع اجتماع الربيع KNS 2017.
تفضل بزيارة الكتاب الإلكتروني للحصول على المقالة كاملة
التدوينة بطاريات الطاقة الذرية يمكنها العمل بشكل مستقل لمدة 50 عامًا ظهرت لأول مرة على Power Electronics News.
[ad_2]
