Įprastas žmogaus santykis su baterijomis gana paprastas: jos išsikrauna tada, kai labiausiai nereikia. Telefoną krauname beveik kasdien, automobilio raktelis nusilpsta pačiu nepatogiausiu metu, o dūmų detektorius apie senkančią bateriją dažniausiai praneša naktį, kai namuose visi miega. Todėl žinia apie bateriją, kuri galėtų veikti ne metus, ne dešimtmetį, o visą šimtmetį, skamba beveik kaip iš fantastinio filmo.
Vis dėlto tokia technologija jau nėra vien fantazija. JAV bendrovė NRD pristatė naują NBV serijos kietojo kūno branduolinį maitinimo elementą, kuriame naudojamas nikelis-63. Gamintojas teigia, kad toks elementas gali tiekti energiją itin mažos galios elektronikai daugiau kaip 100 metų, nereikalaudamas įkrovimo ar įprastos priežiūros.
Tačiau čia labai svarbu nesusipainioti. Tai nėra baterija, kuri pakeis jūsų telefono akumuliatorių, neįkraus nešiojamojo kompiuterio ir tikrai nepajudins elektromobilio. Jos galia tokia maža, kad įprastiems vartotojų prietaisams ji tiesiog netinka. Šios technologijos tikroji vertė slypi visai kitur – ten, kur reikia ne daug energijos iš karto, o labai mažo, bet nepertraukiamo elektros srauto dešimtmečius.
Kaip veikia tokia baterija
Įprastos baterijos veikia cheminės reakcijos principu. Jos kaupia energiją, ją atiduoda, vėliau išsenka, susidėvi arba turi būti įkraunamos. Naujasis NBV elementas veikia kitaip. Tai vadinamoji betavoltinė baterija, kuri elektrą gauna ne iš cheminės reakcijos, o iš radioaktyvaus izotopo skilimo.
Šiuo atveju naudojamas nikelis-63. Skildamas jis išskiria mažos energijos beta daleles, o specialus puslaidininkis jas paverčia elektros srove. Paprastai tariant, tai šiek tiek primena saulės elementą, tik vietoje šviesos naudojamos dalelės, atsirandančios radioaktyvaus skilimo metu.
Svarbiausia tai, kad čia nėra įprasto „išsikrovimo“ proceso, prie kurio esame pripratę. Izotopas skyla savo natūraliu tempu, o elementas iš to nuolat surenka labai mažą energijos kiekį. Dėl to baterija gali veikti nepaprastai ilgai, bet jos teikiama galia lieka labai nedidelė.
Kodėl kalbama apie 100 metų
100 metų skamba kaip gražus rinkodaros pažadas, tačiau šiuo atveju jis susijęs su fizika. Nikelio-63 pusėjimo trukmė yra maždaug 100 metų. Tai reiškia, kad per tokį laiką suyra maždaug pusė radioaktyviųjų atomų, o likusi medžiagos dalis toliau skleidžia energiją.
Todėl tokia baterija po šimtmečio teoriškai ne tiesiog staiga nustoja veikti. Ji ir toliau gali generuoti energiją, tik jos galia būna mažesnė nei pradžioje. Kitaip tariant, „100 metų“ labiau reiškia laikotarpį, per kurį elementas dar laikomas naudingas numatytai paskirčiai.
Tai labai skiriasi nuo įprasto telefono ar automobilio akumuliatoriaus. Ten energijos reikia daug ir greitai. Šiuo atveju jos reikia labai mažai, bet ilgą laiką. Tokia baterija labiau primena ne pilną vandens kibirą, iš kurio galima greitai pasisemti, o čiaupą, kuris šimtmetį lašina po lašą.
Kodėl ja neįkrausite telefono
Didžiausias nesusipratimas prasideda tada, kai tokia technologija pavadinama tiesiog „branduoline baterija“. Žmogus iš karto įsivaizduoja mažą stebuklingą elementą, kuris leis pamiršti įkroviklius. Tačiau realybė gerokai kuklesnė.
NRD nurodo, kad NBV elemento galia siekia nuo 5 iki 500 nanovatų. Tai nepaprastai mažas kiekis energijos. Net paprastas šviesos diodas reikalauja daug kartų daugiau galios, jau nekalbant apie telefoną, laikrodį, kompiuterį ar automobilį.
Todėl ši baterija nėra skirta daiktams, kurie turi atlikti daug darbo per trumpą laiką. Ji netinka ekranams, varikliams, ryšio moduliams ar įrenginiams, kurie nuolat perduoda daug duomenų. Jos paskirtis – maitinti labai taupius jutiklius, atminties palaikymo sistemas, stebėjimo įrenginius ar kitą elektroniką, kuriai reikia tik menko, bet nuolatinio elektros srauto.
Kur tokia baterija iš tikrųjų naudinga
Didžiausia tokios technologijos nauda atsiranda ten, kur baterijos pakeisti beveik neįmanoma arba labai brangu. Pavyzdžiui, įsivaizduokite jutiklį, nuleistą į jūros dugną, įmontuotą į pramoninį įrenginį, paliktą atokioje kalnų vietovėje arba naudojamą kosmoso, medicinos ar saugumo sistemose.
Tokiose vietose net paprastas baterijos pakeitimas gali kainuoti daugiau nei pats prietaisas. Reikia siųsti specialistus, stabdyti įrangą, organizuoti prieigą arba net vykdyti sudėtingą techninę operaciją. Jei energijos šaltinis gali veikti dešimtmečius be priežiūros, tai keičia visą projekto logiką.
Būtent todėl tokios baterijos įdomios ne paprastam vartotojui, o pramonei, mokslui, gynybai, medicinai, kosmoso technologijoms ir nuotolinei stebėsenai. Jos gali būti naudingos ten, kur svarbiausia ne galia, o patikimumas ir ilgaamžiškumas.
Ar tai saugu?
Žodis „branduolinė“ dažnai kelia nerimą, tačiau šiuo atveju kalbama ne apie miniatiūrinį reaktorių. Nikelis-63 skleidžia mažos energijos beta daleles. Tokios dalelės nepasižymi dideliu skvarbumu, o pats elementas yra sandariai uždarytas kietame korpuse. Gamintojas pabrėžia, kad technologija skirta veikti uždaroje, apsaugotoje sistemoje, be judančių dalių ir be įprastos priežiūros.
Vis dėlto tai nereiškia, kad tokios baterijos kada nors bus paprastai pardavinėjamos šalia įprastų elementų prekybos centre. Radioaktyvių medžiagų naudojimas yra griežtai reguliuojamas, todėl tokių įrenginių gamyba, transportavimas, naudojimas ir utilizavimas reikalauja specialių leidimų bei kontrolės.
Kitaip tariant, saugumas čia priklauso ne tik nuo pačios fizikos, bet ir nuo to, kaip atsakingai tokia technologija gaminama ir naudojama. Tai nėra daiktas, kurį eilinis žmogus turėtų laikyti stalčiuje šalia AA baterijų.
Kodėl tai nėra visiškai nauja idėja
Branduoliniai energijos šaltiniai nėra visiškai naujas išradimas. Kosmoso tyrimuose radioizotopiniai generatoriai naudojami jau dešimtmečius, nes ten įprastos baterijos ar saulės moduliai ne visada tinkami. Pavyzdžiui, tolimuose kosminiuose zondų skrydžiuose energijos šaltinis turi veikti ilgai, patikimai ir be žmogaus priežiūros.
Tačiau NBV tipo betavoltinė baterija veikia kitu principu nei didesni kosminiai radioizotopiniai generatoriai. Ji negamina šimtų vatų galios ir nepaverčia šilumos elektra tokiu mastu. Tai labai mažas, uždaras energijos šaltinis, skirtas mikrogalios užduotims.
Panašių bandymų pastaraisiais metais buvo ir daugiau. Pavyzdžiui, Kinijos bendrovė „Betavolt“ anksčiau pristatė nikelio-63 pagrindu veikiantį elementą, kuris taip pat sulaukė daug dėmesio dėl ilgo veikimo laiko. Tokios naujienos rodo, kad susidomėjimas ilgaamžiais mikroenergijos šaltiniais auga, nors iki kasdienio vartotojo prietaisų jiems dar labai toli.
Kodėl ši technologija vis tiek svarbi
Nors šia baterija neįkrausime telefono, jos nereikėtų nuvertinti. Šiuolaikiniame pasaulyje vis daugiau įrenginių turi veikti tyliai, ilgai ir beveik nepastebimai. Jutikliai renka duomenis apie aplinką, pramoninę įrangą, saugumo sistemas, medicininius parametrus ar infrastruktūros būklę. Daugeliui jų nereikia daug energijos, bet reikia veikti patikimai ir ilgai.
Jei tokius įrenginius galima aprūpinti energijos šaltiniu, kurio nereikia keisti dešimtmečius, atsiveria naujos galimybės. Galima kurti stebėjimo sistemas ten, kur anksčiau jų prižiūrėti buvo per brangu arba per sudėtinga. Galima ilgiau rinkti duomenis iš vietų, kur žmogus negali nuolat lankytis. Galima mažinti techninės priežiūros poreikį sistemose, kuriose net mažas gedimas kainuoja labai daug.
Šios baterijos stiprybė yra ne įspūdinga galia, o kantrybė. Ji nedaro daug, bet gali daryti labai ilgai.
Išvada
JAV bendrovės pristatyta nikelio-63 pagrindu veikianti NBV baterija skamba įspūdingai: monetos dydžio elementas, galintis tiekti energiją iki 100 metų ar ilgiau. Tačiau svarbiausia suprasti, kam ji skirta. Tai nėra ateities telefono akumuliatorius ir ne sprendimas elektromobiliams. Jos galia per maža net daugeliui paprastų buitinių prietaisų.
Tikroji šios technologijos paskirtis – itin mažos galios elektronika, kuri turi veikti labai ilgai ir ten, kur pakeisti bateriją būtų sunku, brangu arba neįmanoma. Tai gali būti nuotoliniai jutikliai, pramoninės stebėsenos sistemos, specializuota medicininė ar mokslinė įranga, saugumo ir autonominės sistemos.
Todėl ši baterija nėra stebuklas kasdieniam vartotojui, bet ji gali būti labai svarbi ten, kur įprastos baterijos tiesiog netinka. Kartais technologijų pažanga atrodo ne kaip galingas šuolis, o kaip labai tylus elektros šnabždesys, kuris nesustoja visą šimtmetį.
