Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!
Dankzij kernbatterijen hoeven elektrische apparaten nooit meer opgeladen te worden. Zuid-Koreaanse wetenschappers brengen deze technologie dichterbij.
De batterijen in elektrische apparaten, zoals je telefoon, laptop en elektrische auto, worden steeds beter. Maar apparaten hebben ook steeds meer energie nodig, waardoor je ze toch nog vaak moet opladen. En dan gaan de batterijprestaties ook nog eens langzaam achteruit, waardoor je ze steeds vaker aan de oplader moet hangen. Batterijen die werken op kernenergie kunnen dat misschien oplossen, die zouden in theorie namelijk tientallen of zelfs duizenden jaren kunnen werken, zonder oplaadsessies.
Wetenschappers van het Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology in Zuid-Korea hebben nu een relatief efficiënt prototype van zo’n kernbatterij ontwikkeld. Ze vertelden erover op een conferentie van de American Chemical Society.
Lees ook:
- Betavolt belooft batterij die 50 jaar stroom levert – zonder op te laden
- Brandveiligere batterij kan dodelijke batterijbranden voorkomen
Veilig maar weinig stroom
Kernbatterijen wekken energie op met hoogenergetische deeltjes die worden uitgestraald door radioactieve materialen. Dat klinkt enorm gevaarlijk, maar niet alle radioactieve elementen zenden straling uit die schadelijk is voor levende organismen. Bovendien kunnen sommige stralingsvormen erg goed worden tegengehouden door bepaalde materialen. Een dun plaatje aluminium kan bijvoorbeeld prima bètastraling blokkeren, waardoor een zogenoemde bètavoltaïsche batterij veilig kan zijn.
Het idee van bètavoltaïsche batterijen is niet nieuw. Vorig jaar schreven we al over het Chinese bedrijf Betavolt New Energy Technology dat zo’n batterij ontwikkelt, en zo zijn er wel meer spelers. Maar tot nu toe kunnen deze kernbatterijen nog maar weinig energie opwekken, niet eens genoeg om een mobiele telefoon van energie te voorzien. Het prototype van de Zuid-Koreaanse onderzoekers boekt nu vooruitgang.
Hoger rendement
Hun kernbatterij maakt gebruik van koolstof-14, een instabiele en radioactieve vorm van koolstof. Koolstof-14 zendt alleen bètastraling uit (snelle elektronen) en is een bijproduct van kerncentrales, waardoor het goedkoop en volop beschikbaar is. De radioactieve stof vervalt erg traag, waardoor een koolstof-14-batterij theoretisch gezien duizenden jaren mee kan gaan.
In een typische bètavoltaïsche batterij botsen de uitgezonden elektronen op een halfgeleider, wat resulteert in de productie van elektriciteit. Halfgeleiders zijn een cruciaal onderdeel, omdat zij hoofdverantwoordelijk zijn voor de energieomzetting. Daarom zoeken wetenschappers naar geavanceerde halfgeleidermaterialen om een hoger rendement te bereiken – een maatstaf voor hoe effectief een batterij elektronen kan omzetten in bruikbare elektriciteit.
Elektronenlawine
De Zuid-Koreaanse onderzoekers gebruikten voor hun prototype een halfgeleider van titaniumdioxide, een materiaal dat ook wordt gebruikt in zonnecellen. Die maakten ze vervolgens extra gevoelig door hem te behandelen met een kleurstof op basis van het element ruthenium. Als bètastralen van koolstof-14 botsen met de rutheniumkleurstof, vindt er een kettingreactie aan elektronenoverdrachtsreacties plaats, een zogenoemde elektronenlawine. De lawine reist door de kleurstof terwijl het titaniumdioxide de opgewekte elektronen verzamelt.
Het rendement van dit prototype was een stuk hoger dan bij eerdere versies, het steeg van 0,48 procent naar 2,86 procent. Nog steeds niet genoeg, maar wel een stap in de goede richting.
Als bètavoltaïsche batterijen in de toekomst genoeg energie kunnen opwekken, hebben ze veel toepassingen. Je kunt denken aan een telefoon die je nooit meer hoeft op te laden, maar ook aan ruimtevaartuigen die enorm lang voorzien zijn van stroom en aan pacemakers die nooit meer via chirurgische operaties vervangen hoeven te worden.
Bron: ACS via EurekAlert!