Про "супер-долгую" атомную батарейку с повышенной в 10 раз мощностью
Это история про инновационный автономный источник питания компактную атомную батарейку, которая может работать до 20 лет. За счет оригинальной 3D-структуры бетавольтаического элемента ее размеры уменьшились втрое, удельная мощность повысилась на порядок, а себестоимость снизилась на 50%. Да, вот такое чудо техники. Российское - суровое и оригинальное. За подробностями сюда...
Ученые НИТУ МИСиС под руководством профессора кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников Виктора Мурашова представили инновационный автономный источник питания компактную атомную батарейку, которая может работать десятилетиями. За счет оригинальной 3D-структуры бетавольтаического элемента ее размеры уменьшились втрое, удельная мощность повысилась в 10 раз, а себестоимость снизилась на 50%. Результаты опубликованы в международном научном журнале Applied Radiation and Isotopes.
Соавторы - доцент кафедры
полупроводниковой электроники и физики полупроводников НИТУ МИСиС,
к.т.н. Сергей Леготин, аспирант Андрей Краснов
В конструкции устройства используется оригинальная, запатентованная микроканальная 3D-структура никелевого бетавольтаического элемента. Ее особенность в том, что радиоактивный элемент наносится с двух сторон планарного p-n перехода, что позволяет упростить технологию изготовления элемента, а также контролировать обратный ток, который крадет мощность батареи. Особая микроканальная структура обеспечивает увеличение эффективной площади преобразования бета-излучения в 14 раз, что в результате дает общее увеличение тока.
Выходные электрические параметры предложенной конструкции составили: ток короткого замыкания IКЗ 230нА/см2 (вобычной планарной 24нА), итоговая мощность 31нВт/см2, (впланарной 3нВт). Конструкция позволяет напорядок повысить эффективность преобразования энергии, выделяющейся при распаде -источника, вэлектроэнергию, что вперспективе снизит себестоимость источника примерно на50% засчет рационального расходования дорогостоящего радиоизотопа,рассказывает один изразработчиков Сергей Леготин, доцент кафедры полупроводниковой электроники ифизики полупроводников НИТУ МИСиС.
Определены оптимальные параметры конструкции преобразователя и рассчитаны его основные характеристики. На основании проведенных расчетов можно сделать вывод, что 3D-структура позволит увеличить площадь активной поверхности в 14 раз (при глубине микроканалов 80 мкм), а также вероятность проникновения бета-частиц в p-n переход по сравнению с планарной структурой преобразователя. И, как следствие, растет плотность неравновесных носителей заряда и выходная мощность устройства. Выходные электрические параметры предложенной конструкции при удельной активности Ni-63 2,7 мКи составили:
-
ток короткого замыкания IКЗ = 276 мкА/см2 (в планарной - 24 нА);
-
напряжение холостого хода UХХ = 149 мВ (125 мВ на планарный);
-
мощность P = 23,7 мкВт/см2;
-
КПД: = 1,4 %. 3D бетавольтаического элемента с двусторонним преобразованием., - поясняет Сергей Леготин.
При этом разработка позволит на порядок увеличить удельную мощность, за счет чего в три раза снизятся массогабаритные показатели элементов питания батарей на их основе с сохранением требуемого уровня выходной мощности.
Батарейка может быть применена в нескольких функциональных режимах: в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах, используемых при экстремальных температурах и в труднодоступных (или совсем не доступных) местах: в космосе, под водой, в высокогорных районах.
Уникальные свойства источника питания - в рекордно высокой удельной энергоемкости, надежности, способности работать без обслуживания и беспрецедентно большом сроке службы. Бетавольтаические преобразователи станут незаменимы в ситуациях, где химические элементы питания не могут обеспечить длительной и стабильной работы, например, в задачах, связанных с освоением космоса или с электропитанием приборов в условиях критически низких температур в Арктике и Заполярье
В настоящий момент разработчики завершают процедуру международного патентования изобретения, а само устройство уже признано зарубежными экспертами. В частности, в обзоре международного агентства маркетинговых исследований Research and Markets НИТУ МИСиС назван одним из ключевых участников мирового рынка бетавольтаических батарей. Университет вошел в один ряд с такими компаниями, как City Labs, BetaBatt, Qynergy Corp и Widetronix.
В обзоре указано, что разработка ученых НИТУ МИСиС батарейка на основе бетавольтаических элементов (БВЭ) имеет большой потенциал, так как потребности в надежных элементах питания с длительным сроком службы растут во всех отраслях промышленности. С учетом уникальных характеристик небольшого размера и безопасности разработка НИТУ МИСиС, сможет занять существенную долю рынка источников питания.
