У США розробили монетоподібну батарею, що функціонує 100 років і не розряджається.

Зарядити телефон за її допомогою все ж не вдасться.

Більшість батарейок у вашому житті функціонують за графіком, який ви спостерігаєте. Телефон потребує заряджання щоночі, брелок від автомобіля розряджається в найневідповідніший момент на парковці, а датчик диму обирає третю годину ночі, щоб почати пищати. Ви заряджаєте батарейки, замінюєте їх або просто обурюєтеся ситуацією.

Компанія з Нью-Йорка пропонує абсолютно інше рішення: елемент живлення, який встановлюється один раз і більше ніколи не потребує уваги – оскільки працює на повільному радіоактивному розпаді ізотопу з терміном служби в сто років, пише AutoNocion.

10 квітня компанія NRD, LLC – яка протягом десятиліть займається виробництвом ядерних матеріалів – представила твердотільний елемент живлення серії NBV на основі нікелю-63. За словами компанії, він забезпечує безперервне живлення без обслуговування протягом понад ста років – без підзарядки та ремонту.

Ніяких проводів, ніяких замін, ніякого писку. Є одне важливе “але”. Потужність настільки мала, що називати це “батарейкою” у звичному розумінні може бути оманливим. Фізика, що лежить в основі цієї технології, цілком реальна – і, ймовірно, є однією з найбільш передбачуваних у цій галузі.

Цей елемент працює на розпаді, а не на хімії

Звичайна батарейка зберігає енергію в результаті хімічної реакції. Ви її розряджаєте, заряджаєте або викидаєте, і з часом хімія зношується. NBV функціонує принципово інакше. Це бетавольтаїчний пристрій – він більше нагадує сонячну батарею, ніж звичайну.

Тільки замість фотонів, що вибивають електрони з напівпровідникового переходу, тут бета-частинки – ті самі електрони – вилітають із ізотопу, що розпадається, і захоплюються напівпровідником для генерації струму. Ніякої реакції, яка б вичерпувалася.

Паливо просто розпадається у своєму власному темпі, а елемент весь цей час збирає тонкий струмочок електрики.

Паливо – нікель-63, радіоактивна форма нікелю, яка випромінює низькоенергетичні бета-частинки і розпадається на звичайну стабільну мідь. Ці бета-частинки несуть настільки мало енергії, що не здатні пробити шкіру або навіть тонкий металевий корпус – саме тому дослідники цінують цей ізотоп для герметичних джерел живлення.

Він фактично екранує сам себе. Елемент NRD запаяний у твердотільному корпусі без рухомих частин – саме те, що потрібно пристрою, який має пролежати недоторканим десятиліттями.

Технічні характеристики швидко повертають на землю. За даними NRD, NBV видає від 5 до 500 нановат при напрузі холостого ходу від 1,0 до 20,0 вольт і номінальному струмі від 7,5 до 33 наноампер. Весь елемент вміщується в корпусі розміром 20 × 20 × 12 міліметрів.

Приблизно з монету – але помітно товще. NRD стверджує, що характеристики та корпус можна налаштовувати під конкретне застосування.

Чому 100 років – це не маркетинг, а фізика

Сторічний термін служби звучить як кругла цифра з прес-релізу – але це не так. Вона майже безпосередньо випливає з періоду напіврозпаду нікелю-63, що становить близько 101 року. Період напіврозпаду – це час, за який розпадається половина радіоактивних атомів.

Оскільки ця величина – одна з найбільш точно встановлених констант ядерної фізики, потужність можна прогнозувати на десятиліття вперед з високою впевненістю. Якщо точно знати, як швидко витрачається паливо, то знаєш і як буде знижуватися потужність.

Важливий нюанс: NBV не працює 100 років і потім не виходить з ладу. Через століття приблизно половина нікелю-63 все ще на місці, тож елемент видає близько половини початкової потужності – і продовжує працювати далі.

Цифра “100 років” – це, по суті, вказівка на те, наскільки зниження потужності ще вважається прийнятним. Саме тому NRD заявляє про сто років, тоді як китайська компанія Betavolt з тим самим ізотопом рекламувала лише 50 років.

Одне паливо, один і той самий фізичний закон – просто різний поріг “ще досить добре”. Цифра залежить від того, де ви проводите межу, а не від того, що нікель раптом “здається”.

Це не зарядить машину – це не запалить навіть світлодіод

Саме тут захоплені публікації розбиваються об реальність. П’ятсот нановат – це половина однієї мільйонної частки вата. Для порівняння: акумулятор електромобіля зберігає десятки тисяч ват-годин, зарядний пристрій для телефону видає кілька ват, а навіть тьмяний індикаторний світлодіод на приладовій панелі споживає десятки міліват – це вже в десятки тисяч разів більше, ніж пікова потужність NBV.

Він не може безперервно живити світлодіод, не кажучи вже про двигун. Вчений з Університету Флориди, який вивчав аналогічний елемент Betavolt, повідомив виданню Live Science, що той виробляє близько 0,01% від потреб смартфона.

Заплутує те, що нікель-63 зовсім не бідний на енергію. Грам на грам, оптимізований бетавольтаїчний елемент містить більше сумарної енергії, ніж типовий хімічний. Проблема в тому, що він вивільняє її за розкладом ізотопу – а він льодовиковий. Уявіть не батарею, а кран, вивернутий на мінімальний крапельний режим.

Води в баку багато, але ви отримуєте її по одній краплі на годину протягом ста років. Для всього, чому потрібен ковток енергії, – це марно. Для всього, чому потрібен вічний шепіт, – ідеально.

Батарейка розміром з монету – не новина, і ідея теж

Якщо “ядерна батарейка розміром з монету” здається знайомою – так і є. У січні 2024 року пекінський стартап Betavolt представив модель BV100: елемент з нікелю-63 між алмазними напівпровідниками розміром 15 × 15 × 5 міліметрів, що видає 100 мікроват при 3 вольтах.

Він дійсно менший за монету і викликав хвилю заголовків на кшталт “зарядіть телефон раз на століття”. NBV від NRD – інше: його пікова потужність становить 500 нановат, приблизно в 200 разів менше, ніж у BV100, в обмін на заявлений довший термін служби.

Окремо стоять проєкти алмазних батарей з ядерних відходів, які іноді плутають з усім вищесказаним. Вони використовують вуглець-14 – ізотоп з періодом напіврозпаду близько 5730 років, укладений у штучний алмаз. Ось чому такі заголовки обіцяють тисячоліття роботи замість одного століття.

Простий спосіб не заплутатися: термін служби приблизно дорівнює періоду напіврозпаду ізотопу всередині. Нікель-63 дає близько ста років. Вуглець-14 – кілька тисяч.

Ядерні батареї взагалі – стара технологія за мірками науки. Радіоізотопні генератори, які НАСА встановлює на “Вояджерах” і марсоходах, працюють на плутонії-238 з 1970-х, і блоки “Вояджера” продовжують живити зонд через близько 48 років у міжзоряному просторі. Але це принципово інші пристрої.

Радіоізотопний термоелектричний генератор перетворює тепло розпаду на електрику через термопари і видає сотні ват. Бетавольтаїчний елемент оминає тепловий етап і безпосередньо перетворює бета-частинки на струм – на рівні нановат. Одне сімейство, абсолютно різні масштаби та механізм. NRD, до речі, вписується в цю традицію: компанія виробляє паливо для таких генераторів і за роки роботи випустила понад 750 мільйонів елементів на основі америцію для детекторів диму.

Її реальна перевага – не винахід бетавольтаїки, а наявність ліцензій і досвіду роботи з такими матеріалами в промислових масштабах. Операційний директор Кевін Хеффлер назвав запуск перетворенням “десятиліть регульованого досвіду з ядерними матеріалами” на готовий продукт.

Де батарейка, яка служить довше за сам пристрій, дійсно виправдана

Як тільки перестаєш чекати від NBV зарядки чогось звичного, він починає набувати сенсу. NRD націлює його на завдання з однією спільною рисою: людина фізично не може дістатися до пристрою, щоб замінити батарейку, – або це обійшлося б занадто дорого.

У списку компанії – промисловий моніторинг стану обладнання, реєстрація даних, дистанційні датчики навколишнього середовища, системи безпеки, довгострокові медичні монітори та так зване чергове живлення для автономних систем і роботів на базі штучного інтелекту – той крихітний постійний струм, який підтримує пам’ять і годинник чіпа в режимі очікування.

Економіка – ось справжній аргумент. Датчик на морському дні, всередині герметичної промислової машини або на віддаленій вершині гори може коштувати кілька тисяч гривень, але відрядження техніка для заміни батарейки обходиться значно дорожче самого датчика.

Якщо джерело живлення просто ніколи не потребує заміни, проекти, які були занадто дорогими або фізично неможливими в обслуговуванні, раптом стають рентабельними.

Поки що чесна відповідь така: багато чого ще не підтверджено. NRD не оголосила ціни, терміни масштабного розгортання або комерційної доступності. Реальний термін служби залежить від ККД, екранування та конструктивних особливостей інтеграції, які ще жодна незалежна лабораторія не перевірила. Сторічна гарантія – це за визначенням обіцянка, яку ніхто з нині живих не зможе повністю перевірити.

Що не викликає сумнівів – так це фізика. Нікель-63 розпадатиметься за розкладом, незалежно від того, спостерігає хтось за цим чи ні. Ця стабільна, нудна надійність і є весь продукт. Це ніколи не буде тим, що у вашому телефоні.

Це те, що в буї на глибині майже кілометра – продовжує передавати дані ще довго після того, як судно, яке його опустило, давно розібрано на металобрухт.

Раніше УНІАН повідомляв, що штучний інтелект створив вакцину, її протестували на людях і ось що вийшло.