Spalio pradžioje internete pasklido naujiena, jog mokslininkai sukūrė 30 metų neišsenkančią nešiojamojo kompiuterio bateriją. Ilgaamžės baterijos kurui naudoja radioaktyviąsias medžiagas, todėl vieni skaitytojai ėmė baimintis dėl galimos tokių elementų žalos, o kitiems nešiojamieji kompiuteriai pasirodė nesvarbūs – jie nekantravo išvysti baterijomis varomą elektromobilį. Spalio pradžioje internete pasklido naujiena, jog mokslininkai sukūrė 30 metų neišsenkančią nešiojamojo kompiuterio bateriją. Apie tai rašė daugybė interneto dienoraščių (blog), technologijų naujienų portalai.
Naujiena sukėlė milžiniškas diskusijas. Ilgaamžės baterijos (beta elementai) kurui naudoja radioaktyviąsias medžiagas, todėl vieni skaitytojai ėmė baimintis dėl galimos tokių elementų žalos, o kitiems nešiojamieji kompiuteriai pasirodė nesvarbūs – jie nekantravo išvysti baterijomis varomą elektromobilį.
Panagrinėkime beta elementų sandarą ir veikimo principus, išsiaiškinkime, ar pagrįstos svajonės apie amžinas baterijas. Technologijos, leidžiančios kurti dešimtmečius neišsenkančias baterijas, ypač daug dėmesio sulaukė dar prieš 50 metų. Tuo metu radioaktyvųjį kurą naudojančius elektros energijos generatorius norėta rengti į kosmosą siunčiamuose aparatuose. Šiuo metu kai kurie dirbtiniai Žemės palydovai ir daugelis tolimąjį kosmosą tyrinėjančių aparatų savo energijos poreikiams naudoja radioaktyvųjį kurą, dažniausiai – plutonį. Nutolus milijonus kilometrų nuo Saulės, kito pasirinkimo beveik nėra. Pirmąją veikiančią atominę bateriją britų mokslininkas Henris Moseley pademonstravo dar 1913 metais. Nuo to laiko išbandyta daugybė skirtingų energijos gavimo būdų. Pastarųjų metų pažanga nanotechnologijų srityje ir ultramodernios medžiagos suteikia vilties, jog tokios baterijos bus naudojamos ir žemiškuose įrenginiuose.
Tipiniame beta elemente energija generuojama neterminiu būdu. Radioaktyviosios beta dalelės (elektronai ir protonai) pasitelkiamos ne šilumai kurti, o tiesiogiai elektros energijai gaminti. Įprastose atominėse elektrinėse radioaktyvusis kuras naudojamas terminiuose procesuose – įkaitinti garai suka turbinas. Beta elementuose naudojami radioizotopai, dažniausiai – radioaktyvusis vandenilio izotopas tritis. Verta pastebėti, kad radioaktyviosios beta dalelės lengvai izoliuojamos paprasčiausia aliuminio folija, jos už baterijos ribų nepatenka.
Išspinduliuotas alfa daleles sustabdo net popieriaus lapas, o gama – tik storas metalo sluoksnis (dažniausiai švino). Tačiau tritis ir kiti beta elementuose naudojami radioizotopai spinduliuoja tik beta daleles, todėl gerai sukonstruota baterija yra visiškai nekenksminga aplinkai ir žmonių sveikatai. Išspinduliuotos beta dalelės „atakuoja“ specialų P-N silicio sluoksnį. Elektros energija gaunama išlaisvinus elektronus kaip ir saulės baterijose, tik vietoj šviesos (fotonų) naudojamos išspinduliuotos didelės energijos beta dalelės (elektronai).
Tačiau tokie elementai kol kas sukuria daug silpnesnę srovę nei įprastos saulės baterijos. 2005 metais JAV Ročesterio universiteto mokslininkai beta elementų efektyvumą sugebėjo padidinti 10 kartų ir šį skaičių siekia kilstelėti net iki 200.
„Energijos reikalauja vis daugiau mobiliųjų prietaisų, – sako vienas šio tyrimo autorių. – Daugiau nei 50 metų mokslininkai tyrinėjo paprastus branduolinius skilimus ir bandė paversti juos naudotina elektros energija. Bet visais atvejais efektyvumas buvo pernelyg mažas. Mes atradome būdą gerokai padidinti našumą ir tikimės, kad šis išradimas padės sukurti naujos kartos bateriją, neišsenkančią daugybę metų.“
Ročesterio universiteto sukurtame modelyje silicio sluoksnis apsupa visą radioaktyviųjų dujų kamerą, todėl patiriama mažiau energijos nuostolių. „Tai lyg įmesti saulę į šulinį, išklotą saulės baterijomis“, – sako mokslininkai. Tokie „šuliniai“ silicyje formuojami taikant naujausias puslaidininkių gamybos technologijas. Vadinamųjų šulinių skersmuo – vos mikronas, gylis – 40 mikronų.
Baterijų efektyvumą siekiama padidinti tobulinant silicio apdirbimo technologijas. Tiesa, Ročesterio universiteto mokslininkų sukurtos baterijos mobiliesiems telefonams ar nešiojamiesiems kompiuteriams netiktų. Nepaisant didesnio efektyvumo, šios baterijos galėtų tiekti elektros srovę tik širdies stimuliatoriams, defibriliatoriams ir kitiems smulkiems, mažai energijos reikalaujantiems aparatams, kuriuos sudėtinga įkrauti.
Galingesnei nešiojamiesiems kompiuteriams tinkamai baterijai pagaminti reikėtų šimtus kartų daugiau radioaktyviosios medžiagos. Norint išlaikyti 25 W galingumą pasiekus pusamžį (tričio pusamžis – 12 metų), reikia dukart galingesnės baterijos. 50 W baterijai reikėtų apie 200 gramų grynojo tričio. Kadangi vandenilis – vienos rečiausių dujų visatoje (6 g/mol), normalaus slėgio sąlygomis reikėtų 750 litrų šio vandenilio izotopo. Tokį tūrį galima pavadinti „netelpančiu į nešiojamąjį kompiuterį“.
Kitos problemos – po truputį yrantis silicis, kurį bombarduoja beta dalelės, ir didelis baterijos kaitimas. Didžiausias baterijos efektyvumas – apie 25 proc. Taigi net 75 proc. radioaktyviųjų dalelių energijos virsta šiluma. Naujieną apie 30 metų neišsenkančias nešiojamųjų kompiuterių baterijas pirmasis paskelbė tinklalapis „Next Energy News“. Tačiau JAV karinių oro pajėgų tyrimo dokumentuose rašoma, jog sukurtos baterijos gali 20 metų tiekti energiją širdies stimuliatoriams. Apie nešiojamuosius kompiuterius ar mobiliuosius telefonus neužsimenama. Apie automobilius taip pat rašo tik straipsnių komentatoriai.
Radioaktyviuoju kuru varomo elektromobilio greičiausiai niekada neišvysime. Įvykus avarijai, būtų pernelyg didelė rizika įkvėpti radioaktyviųjų dujų. Žinoma, pažeidus nešiojamojo kompiuterio bateriją, taip pat grėstų pavojus, tačiau ir dabar naudojami ličio jonų akumuliatoriai juos pažeidus užsiliepsnoja. Tačiau tai, kad beta elementų artimiausiu metu neišvysime nešiojamuosiuose kompiuteriuose, nereiškia, jog tyrimai nevertingi. Smulkias naujo tipo baterijas bus galima rengti ne tik širdies stimuliatoriuose, bet ir RFID siųstuvuose, laikrodžiuose, įvairiuose jutikliuose, seismografuose ir pan.
Daugelyje vietų įkrauti smulkius prietaisus nepatogu, pavojinga ar net neįmanoma. Jau dabar panaši technologija taikoma gaminant dūmų detektorius, o 10 metų tamsoje švytinčių fosforo-tričio lempučių galima įsigyti internete (www.glowrings.com). Šią technologiją galima taikyti ir kitose srityse, pavyzdžiui, smulkus beta elementas galėtų nuolat įkrauti įprastą akumuliatorių. Perversmo baterijų rinkoje nebus, tačiau maži progreso žingsneliai taip pat svarbūs.
