Bateries nuclears
Ja a la dècada de 1950, els científics consideraven que la betavoltaica, una tecnologia per extreure l'energia de la radiació beta, era la base per crear noves fonts d'energia en el futur. Avui dia, hi ha motius reals per afirmar amb confiança que l'ús de reaccions nuclears controlades és inherentment segur. Les persones ja utilitzen desenes de tecnologies nuclears a la vida quotidiana, com els detectors de fum radioisòtops.
Així, el març de 2014, els científics Jae Kwon i Bek Kim de la Universitat de Missouri, Columbia, EUA, van reproduir el primer prototip de treball del món d'una font d'energia compacta basada en estronci-90 i aigua. En aquest cas, el paper de l'aigua és un amortidor energètic, que s'explicarà a continuació.
La bateria nuclear funcionarà durant anys sense manteniment i podrà produir electricitat a causa de la descomposició de les molècules d'aigua a mesura que interaccionen amb les partícules beta i altres productes de desintegració de l'estronci-90 radioactiu.
La potència d'aquesta bateria hauria de ser totalment suficient per alimentar vehicles elèctrics i fins i tot naus espacials.El secret del nou producte rau en la combinació de betavoltaics i una tendència física força nova: els ressonadors de plasmó.
Els plasmons s'han utilitzat activament en els últims anys en el desenvolupament de dispositius òptics específics, incloent cèl·lules solars ultra eficients, lents completament planes i tinta d'impressió especial amb una resolució moltes vegades superior a la sensibilitat dels nostres ulls. Els ressonadors plasmònics són estructures especials capaces d'absorbir i emetre energia en forma d'ones lluminoses i en forma d'altres formes de radiació electromagnètica.
Actualment ja hi ha fonts d'energia radioisòtopes que converteixen l'energia de la desintegració dels àtoms en electricitat, però això no passa directament, sinó a través d'una cadena d'interaccions físiques intermèdies.
Primer, les pastilles de substàncies radioactives escalfen el cos del recipient on es troben, després aquesta calor es converteix en electricitat mitjançant termoparells.
Es perd una gran quantitat d'energia en cada etapa de la conversió; d'això, l'eficiència d'aquestes bateries de radioisòtops no supera el 7%. Betavoltica fa temps que no s'utilitza a la pràctica a causa de la destrucció molt ràpida de les parts de la bateria per radiació.
La investigació ha demostrat que aquestes parts degradades de les molècules d'aigua es poden utilitzar per extreure directament l'energia que absorbeixen com a resultat de col·lisions amb partícules beta.
Perquè la bateria nuclear d'aigua funcioni, es necessita una estructura especial de centenars de columnes microscòpiques d'òxid de titani cobertes amb una pel·lícula de platí, de forma similar a una pinta. A les seves dents i a la superfície de la closca de platí, hi ha molts microporus a través dels quals els productes indicats de la descomposició de l'aigua poden penetrar al dispositiu. Així, durant el funcionament de la bateria, es produeixen una sèrie de reaccions químiques a la "pinta": es produeix la descomposició i la formació de molècules d'aigua, mentre que els electrons lliures sorgeixen i són capturats.
L'energia alliberada durant totes aquestes reaccions és absorbida per les "agulles" i convertida en electricitat. A causa dels plasmons que apareixen a la superfície dels pilars, amb propietats físiques especials, aquesta bateria nuclear d'aigua assoleix la seva màxima eficiència, que pot ser del 54%, gairebé deu vegades més gran que les fonts de corrent radioisòtops clàssiques.
La solució iònica que s'utilitza aquí és molt difícil de congelar fins i tot a temperatures ambientals prou baixes, la qual cosa permet utilitzar bateries fetes amb la nova tecnologia per alimentar vehicles elèctrics i, si s'envasen correctament, també en naus espacials amb diferents finalitats.
La vida mitjana de l'estronci-90 radioactiu és d'aproximadament 28 anys, de manera que la bateria nuclear de Kwon i Kim pot funcionar sense pèrdues d'energia significatives durant diverses dècades, amb una reducció de potència de només un 2% anual.Els científics diuen que aquests paràmetres obren una clara perspectiva per a la ubiqüitat dels vehicles elèctrics.