به گزارش آی سی تی نیوز، در شرایطی که جهان به دنبال توسعه منابع انرژی پایدار، کاهش وابستگی به باتریهای شیمیایی و افزایش طول عمر تجهیزات الکترونیکی است، چین از دستاوردی جدید در حوزه فناوری باتریهای هستهای خبر داده است. محققان این کشور موفق شدهاند نسل تازهای از باتریهای رادیوایزوتوپی را توسعه دهند که به لطف استفاده از ایزوتوپ کربن-۱۴ و فناوری پیشرفته نیمهرسانای کاربید سیلیکون (SiC)، قادر است برای هزاران سال انرژی الکتریکی تولید کند.
این پروژه توسط پژوهشگران دانشگاه نورثوست نرمال چین با همکاری شرکت فناوری گانسو ژولونگ انجام شده و بخشی از برنامه بلندمدت چین برای توسعه باتریهای هستهای کوچک، سبک و پرقدرت به شمار میرود؛ باتریهایی که بتوانند علاوه بر مأموریتهای فضایی، در صنایع مختلف نیز مورد استفاده قرار گیرند.
باتری هستهای چگونه کار میکند؟
برخلاف باتریهای لیتیومی یا سایر باتریهای شیمیایی که انرژی را از واکنشهای شیمیایی تأمین میکنند، باتری هستهای انرژی خود را از واپاشی طبیعی مواد رادیواکتیو به دست میآورد.
این نوع باتری که با نام باتری رادیوایزوتوپی یا باتری اتمی نیز شناخته میشود، از انرژی آزادشده در اثر واپاشی ایزوتوپهای رادیواکتیو برای تولید جریان برق استفاده میکند.
از آنجا که برخی ایزوتوپهای رادیواکتیو نیمهعمری بسیار طولانی دارند، چنین باتریهایی میتوانند دههها، صدها سال و حتی هزاران سال بدون نیاز به شارژ یا تعویض به تولید انرژی ادامه دهند.
همین ویژگی باعث شده است این فناوری برای تجهیزاتی که دسترسی به آنها دشوار است، مانند فضاپیماها، ماهوارهها، حسگرهای محیطی، تجهیزات نظامی، سامانههای پایش از راه دور و حتی برخی ایمپلنتهای پزشکی، گزینهای بسیار ارزشمند محسوب شود.
چین پیش از این نیز از باتریهای هستهای استفاده کرده بود
فناوری باتری هستهای موضوع تازهای نیست و سالهاست در مأموریتهای فضایی مورد استفاده قرار میگیرد.
برای مثال، ناسا از این فناوری در کاوشگرهای مشهور وویجر ۱ و وویجر ۲ که در سال ۱۹۷۷ به فضا پرتاب شدند، استفاده کرد؛ مأموریتهایی که هنوز پس از نزدیک به پنج دهه در حال ارسال داده هستند.
همچنین مریخنورد کنجکاوی (Curiosity) که از سال ۲۰۱۲ روی سطح مریخ فعالیت میکند، انرژی خود را از یک باتری هستهای تأمین میکند.
چین نیز در مأموریتهای ماهنورد چانگ-۳ و چانگ-۴ از این فناوری بهره برده است. اکنون این کشور تلاش میکند این فناوری را از حوزه فضایی فراتر برده و به کاربردهای صنعتی و تجاری وارد کند.
نسل جدید باتری؛ کوچکتر، قدرتمندتر و کاملاً بومی
تیم تحقیقاتی دانشگاه نورثوست نرمال پیشتر در سال ۲۰۲۴ نخستین باتری هستهای مبتنی بر کربن-۱۴ خود را با نام «ژولونگ-۱» (Zhulong-1) معرفی کرده بود.
اما نسل جدید که «چیانجییوان تیانشو» (Qianjiyuan Tianshu) نام گرفته، پیشرفت قابل توجهی نسبت به نمونه قبلی دارد.
پژوهشگران اعلام کردهاند میزان استفاده از مواد رادیواکتیو در این نسخه حدود ۲۲ درصد کاهش یافته، اما در مقابل توان خروجی باتری ۲.۶ برابر افزایش یافته است؛ آن هم بدون اینکه ولتاژ خروجی یا پایداری عملکرد دستگاه کاهش پیدا کند.
به گفته «سو مائوگن»، مدیر این پروژه، نمونههای قبلی با محدودیتهایی مانند توان پایین، ابعاد بزرگ، دشواری در یکپارچهسازی با تجهیزات الکترونیکی و هزینه تولید بالا مواجه بودند. به همین دلیل، هدف اصلی پژوهشگران ساخت باتریای بوده که هم کوچکتر و قدرتمندتر باشد و هم بهطور کامل با فناوری بومی چین تولید شود.
پنج ارتقای مهم نسبت به نسل قبل
به گفته اعضای تیم تحقیقاتی، نسل جدید این باتری نسبت به مدل قبلی پنج پیشرفت اساسی داشته است.
در طراحی جدید، از منبع رادیواکتیوی استفاده شده که هماهنگی بیشتری با ساختار نیمهرسانا دارد. همچنین معماری سهبعدی باتری باعث شده فضای کمتری اشغال شود و امکان ادغام آن با تجهیزات الکترونیکی افزایش یابد.
علاوه بر این، سامانه مدیریت هوشمند توان، حسگرهای داخلی و استفاده از نیمهرسانای کاربید سیلیکون ساخت چین موجب افزایش بازده تبدیل انرژی و بهبود عملکرد کلی باتری شده است.
مشخصات فنی باتری هزارساله چین
ابعاد این باتری تنها ۱۶.۸ سانتیمتر مکعب، معادل کمی بیش از یک اینچ مکعب است.
در ساخت آن از ۱۲۹ میلیکوری ایزوتوپ کربن-۱۴ استفاده شده و این باتری قادر است جریانی معادل ۰.۷۱۳ میکروآمپر، ولتاژی برابر با ۲.۰۶ ولت و حداکثر توان خروجی ۱.۱۳ میکرووات تولید کند.
اگرچه این میزان توان برای وسایل پرمصرف کافی نیست، اما برای تجهیزاتی که باید سالها یا حتی دههها بدون نیاز به تعمیر یا تعویض باتری کار کنند، کاملاً مناسب ارزیابی میشود.
تفاوت این فناوری با باتریهای هستهای قدیمی چیست؟
اغلب باتریهای هستهای قدیمی از سامانههای ترموالکتریک استفاده میکنند. در این روش، ابتدا گرمای حاصل از واپاشی مواد رادیواکتیو تولید میشود و سپس این گرما به انرژی الکتریکی تبدیل میشود.
اما این سامانهها معمولاً بزرگ، سنگین و نسبتاً کمبازده هستند و برای عملکرد مناسب به دماهای بالا نیاز دارند.
در فناوری جدید چین، این مرحله حذف شده است. ذرات بتا که هنگام واپاشی کربن-۱۴ آزاد میشوند، مستقیماً وارد نیمهرسانای کاربید سیلیکون شده و بدون تولید گرمای زیاد، جریان برق ایجاد میکنند.
به گفته پژوهشگران، این فناوری از نظر عملکرد شباهت زیادی به یک پنل خورشیدی دارد؛ با این تفاوت که به جای نور خورشید، از تابش حاصل از واپاشی هستهای برای تولید برق استفاده میکند.
همین تغییر باعث شده چگالی توان حجمی باتری حدود ۱۵ برابر افزایش یابد، در حالی که حجم کلی آن تنها حدود ۱۷ درصد کاهش یافته است.
عمر باتری به بیش از ۵ هزار سال میرسد
شاید مهمترین ویژگی این فناوری، طول عمر خارقالعاده آن باشد. ایزوتوپ کربن-۱۴ دارای نیمهعمری در حدود ۵۷۳۰ سال است؛ به این معنا که این باتری میتواند برای هزاران سال به تولید انرژی ادامه دهد. هرچند توان خروجی آن به مرور زمان کاهش مییابد، اما قابلیت تأمین انرژی برای تجهیزات کممصرف در بازهای بسیار طولانی را حفظ خواهد کرد.
این ویژگی میتواند استفاده از چنین باتریهایی را در مأموریتهای فضایی عمیق، ایستگاههای تحقیقاتی دورافتاده، حسگرهای زیستمحیطی، سامانههای پایش زیرساختها، تجهیزات دریایی و حتی برخی ابزارهای پزشکی متحول کند.
آینده باتریهای هستهای؛ از فضا تا صنعت
رونمایی از نسل جدید باتری هستهای چین نشان میدهد رقابت جهانی در حوزه فناوری ذخیرهسازی انرژی وارد مرحله تازهای شده است. اگرچه این باتری هنوز برای استفاده در خودروهای برقی یا لوازم الکترونیکی پرمصرف مناسب نیست، اما در کاربردهایی که نیاز به منبع انرژی فوقپایدار و بدون نیاز به شارژ وجود دارد، میتواند تحولی بزرگ ایجاد کند.
افزایش ۲.۶ برابری توان خروجی، کاهش ۲۲ درصدی مصرف مواد رادیواکتیو، افزایش ۱۵ برابری چگالی توان و عمر بالقوه بیش از ۵۷۳۰ سال نشان میدهد چین گام مهمی در توسعه باتریهای هستهای نسل آینده برداشته است. بسیاری از کارشناسان معتقدند در صورت ادامه پیشرفت این فناوری، باتریهای رادیوایزوتوپی میتوانند در سالهای آینده نقشی کلیدی در صنایع فضایی، پزشکی، نظامی و سامانههای هوشمند ایفا کنند.
