Исследователи разработали систему оценки производительности бетавольтаических устройств

Представьте себе смартфон, который никогда не нужно заряжать, — именно это обещают бетавольтаические батареи. Канадские исследователи предложили три чётких критерия для измерения и сравнения их эффективности.

Исследователи из Оттавского университета в сотрудничестве с Канадской ядерной лабораторией (CNL) определили три «показателя эффективности» бетавольтаических устройств. Первый — это эффективность улавливания, то есть способность материала поглощать бета-энергию. Второй — это коэффициент усиления, то есть эффект умножения при генерации тока, а третий — коэффициент полезного действия, то есть способность устройства собирать генерируемый заряд.

Их исследование под названием «Показатели эффективности для количественной оценки производительности бетавольтаических устройств» было опубликовано в журнале Cell Reports Physical Science.

В интервью EE Times Матье де Лафонтен, доцент инженерного факультета Оттавского университета и ведущий автор исследования, сказал, что эти три показателя помогут понять внутренние физические механизмы, выявить ограничения и предложить универсальную основу для справедливого сравнения всех бетавольтаических технологий.

Бетавольтаические батареи состоят из двух элементов: радиоизотопа, испускающего бета-частицы, и бетавольтаического элемента, представляющего собой полупроводниковое устройство. Бета-частицы — это высокоэнергетические электроны, обладающие значительным запасом энергии.

Лафонтен заявил, что эти элементы можно объединить в портативный блок, который будет работать как аккумулятор и непрерывно генерировать электричество.

По его словам, длительный срок службы является главным преимуществом бетавольтаических батарей по сравнению с более распространёнными литий-ионными батареями. «Их не нужно перезаряжать».

На самом деле их нельзя перезарядить — со временем радиоизотоп придётся заменить, но ожидается, что бетавольтаическая батарея прослужит не менее десяти лет.

Благодаря такому сроку службы в сочетании с небольшим размером бетавольтаические батареи идеально подходят для медицинских устройств, таких как кардиостимуляторы. «Их можно просто поместить в сердце, и вам не придётся часто проводить открытую операцию для замены батарей».

Другие области применения включают источники питания для различных датчиков, работающих в экстремальных условиях, например для мониторинга качества воды и обеспечения безопасности. «У нас появляется всё больше устройств Интернета вещей — очень маленьких устройств, которым требуется мало энергии, потому что они чрезвычайно малы, но при этом должны работать непрерывно». Они также идеально подходят для дронов и космических аппаратов, для которых особенно важна долговечность.

По словам Лафонтейна, в бетавольтаических батареях можно использовать различные радиоизотопы, в том числе определённые виды углерода, фосфора и никеля. «На выбор предлагается множество радиоизотопных элементов. Существует множество вариантов полупроводников, в том числе широко распространённые кремний, арсенид галлия, германий и алмаз. Алмаз — это полупроводник с широкой запрещённой зоной, который потенциально может вырабатывать много энергии. Карбид кремния и нитрид галлия уже используются в силовой электронике».

 

 

Сообщение Исследователи разработали систему оценки производительности бетавольтаических устройств появились сначала на Время электроники.