Kärnkraftsdrivet batteri ger ström i årtionden – utan laddning

Tänk dig ett batteri som aldrig behöver laddas, som kan ge ström i decennier och som samtidigt bidrar till att lösa problemet med radioaktivt avfall. Det låter som science fiction, men forskare vid Ohio State University har gjort det till verklighet med ett nytt batteri som utvinner energi ur kärnavfall.

”Sockerbit” av kärnkraft

Det nya batteriet är förvånansvärt litet – ungefär lika stort som en sockerbit. Den lilla kuben kan producera elektricitet i mikrowattområdet genom att utnyttja gammastrålningen från använt kärnavfall.

I tester har batteriet producerat 288 nanowatt ström när det utsatts för cesium-137, en vanlig biprodukt från kärnkraftverk. Men när forskarna testade det med kobolt-60, en starkare strålningskälla, ökade effekten till 1,5 mikrowatt – tillräckligt för att driva en liten elektronisk sensor.

Så fungerar det – utan att vara radioaktivt

Det smarta med det här batteriet är att det inte innehåller något radioaktivt material i sin konstruktion. Istället använder det en omvandlingsprocess i två steg för att fånga upp strålning som redan finns i miljön.

Batteriet använder så kallade scintillatorkristaller – material som absorberar den höga energin i gammastrålningen och omvandlar den till synligt ljus. Detta ljus fångas sedan upp av en fotovoltaisk cell (som i en solpanel), som omvandlar ljuset till elektricitet.

– Hela processen kallas radiovoltaik, och batteriets konstruktion gör att det i sig självt är säkert att hantera, förklarar forskarna bakom projektet.

Löser två problem på en gång

Tekniken är särskilt lovande eftersom den kan bidra till att lösa ett av de största problemen med kärnkraft: vad man ska göra med det radioaktiva avfallet.

Genom att omvandla strålningen från kärnavfall till elektricitet kan detta batteri förvandla det som tidigare sågs som en farlig avfallsprodukt till en värdefull energikälla.

Inte för din mobil – ännu

Innan du börjar drömma om en mobiltelefon som aldrig behöver laddas, bör du veta att dagens elproduktion är alldeles för låg för sådana ändamål. Dagens prototyp levererar som sagt mikrowatt, medan en typisk smartphone behöver tusentals gånger mer effekt.

Men det långsiktiga värdet ligger i batterier som kan hålla i årtionden utan underhåll, perfekt för sensorer och utrustning på otillgängliga platser. Tänk rymdfarkoster, havsdjup, naturområden för att mäta klimatförändringar eller inuti själva kärnreaktorerna – platser där det är omöjligt eller extremt kostsamt att byta batterier.

Utmaningar längs vägen

Innan tekniken kan bli allmänt spridd måste forskarna lösa flera utmaningar. De behöver öka kraftproduktionen, utveckla effektivare scintillatormaterial och hitta kostnadseffektiva produktionsmetoder.

Forskarna arbetar nu med att skala upp batteriet för att kunna generera mer ström. De undersöker också hur man kan optimera solcellerna, till exempel genom att öka deras yta.

Ett annat viktigt forskningsområde är materialens hållbarhet när de utsätts för långvarig och intensiv strålning. Både scintillatorkristallerna och solcellerna måste tåla höga stråldoser under lång tid.

Framtidsutsikter

Med fortsatt utveckling skulle denna teknologi kunna revolutionera vårt sätt att använda kärnavfall för energiproduktion och samtidigt ge oss kraftkällor som håller nästan för evigt.

Även om vi knappast kommer att se dessa batterier i våra mobiltelefoner inom en snar framtid, kan de vara avgörande för framtida sensorer, rymdfarkoster och infrastruktur där batteritiden är kritisk.

I vår ständiga strävan efter hållbara energilösningar är detta ett spännande steg mot att förvandla en farlig avfallsprodukt till en värdefull resurs – och kanske en dag ge oss elektronik som verkligen håller livet ut.

Källa: Scienceblog.com