Не пройдет и пары лет, как вы сможете купить умные часы с радиоактивной алмазной батареей, заряда которой хватит на долгие столетия. Батарея, которая потенциально может изменить правила игры, была разработана в рамках стартапа Nano Diamond Battery ( NDB ) из Сан-Франциско, который презентовал свою одноименную "мощную альфа-, бета- и нейтронную гальваническую батарею на основе алмаза".
От всех существующих конкурентов эту разработку отличает спобность обеспечивать устройствам большой объем чистой энергии. Представьте себе: всего одна батарея может питать вашу инсулиновую помпу или кардиостимулятор на всю жизнь (с большим запасом времени). Или она мог бы обеспечить космический вездеход, собирающий образцы реголита Марса в течение десятилетий без какой-либо помощи человека. Это амбициозные цели. Итак, могут ли смелые заявления NDB стать реальностью?
Во-первых, давайте разберемся со спецификациями. Для создания своей наноалмазной батареи NDB использует слои невероятно крошечных панельных наноалмазов (для контекста, один нанометр равен одной миллиардной метра). Бриллианты обладают исключительной теплопроводностью, что делает их идеальными для электронных устройств. На самом деле, согласно публикации Инженерного колледжа Хьюстонского университета, они являются наиболее известными естественными проводниками тепла — и в три-четыре раза эффективнее меди или серебра.
Ученые выращивают эти миниатюрные алмазы с помощью химического осаждения из паровой фазы — процесса, в котором газы при чрезвычайно высоких температурах заставляют углерод кристаллизоваться на материале подложки. NDB признает, что этот процесс создает узкое место в плане затрат: изготовление особых алмазов энергоемко и дорого.
В конце концов, это искусственно легированные бором алмазы. Этот процесс дает алмазы синего цвета с более высокой проводимостью, чем средний алмаз. Настоящие голубые бриллианты встречаются на Земле в природе, но они куда более дорогие и редкие, в сравнении с искусственными голубыми бриллиантами.
Как только NDB получает наноалмазы, компания объединяет их с радиоактивными изотопами из ядерных отходов. В частности, они используют радиоактивные изотопы урана и плутония, которые получаются из отходов радиоактивных электростанций.
Монокристаллические алмазы — размером всего несколько квадратных миллиметров — отводят тепло от радиоактивно распадающихся изотопов так быстро, что в результате транзакции фактически генерируется электричество. Источники распада передают свою энергию на преобразователь NDB, который преобразует кинетическую энергию в электричество.
Вам, наверное, интересно, в чем подвох. Есть алмазная батарея, которая действительно использует ядерные отходы, работает тысячи лет и включает в себя слои только самых крошечных алмазов? На самом деле все немного сложнее. Каждый элемент батареи будет производить только небольшое количество энергии, с одной стороны, поэтому ученые должны комбинировать элементы в огромных количествах, чтобы регулярно обеспечивать питание больших устройств, что значительно увеличивает стоимость и усложняет работу.
Однако разработчики считают крошечный размер элементов Nano Diamond Battery преимуществом для масштабируемости. Тем не менее, существует проблема износа: исследователи имплантируют ядерные отходы внутрь алмазных ячеек, что создает естественную структурную слабость, которая может приводить к выходу элемента питания из строя (вместе с питаемым устройством).
Это не значит, что алмазная батарея не стоит того. Если эти проблемы будут решены, некоторые возможные приложения для него включают устройства длительного использования, такие как слуховые аппараты или кардиостимуляторы.
По словам NDB, батареи могут оказаться полезными даже в космических аппаратах, которым необходимо годами работать без посторонней помощи. Возьмем, к примеру, спутники. Утверждение NDB о том, что срок службы батареи 28000 лет, частично основано на этих маломощных космических приложениях. Вояджер — легендарный космический зонд NASA, предназначенный для изучения внешней части Солнечной системы, когда он был запущен еще в сентябре 1977 года, использовал три "многотаватных радиоизотопных термоэлектрических генератора" (MHW-RTG) для получения энергии. Начальная выходная мощность каждого генератора составляла всего 158 Вт, что меньше энергии, чем вам нужно для питания домашнего светильника в течение года.
И если объединить достаточное количество этих алмазных аккумуляторных элементов, они все еще могут питать электронику здесь, на Земле, с более высокими требованиями к энергии, от светодиодных дисплеев на планшетах до мобильных телефонов. Но в качестве своего первого коммерческого продукта NDB планирует представить умные часы с ожидаемой датой запуска где-то в 2022 году. Если это действительно произойдет, вы сможете владеть одними часами с одной батареей и передавать их из поколения в поколение без необходимости замены — они будут, буквально, семейной реликвией.