Investigadores de la Universidad Nacional de Investigación Nuclear MEPhI (Rusia) están desarrollando baterías beta-voltaicas de radioisótopos con películas de radioisótopos de nano-racimos de níquel-63. El concepto es desarrollar baterías nucleares seguras con una vida útil de 100 años para marcapasos, sensores de glucosa en miniatura, sistemas de control de la presión arterial, y para controlar objetos remotos y micro-robots, y sistemas autónomos que pueden funcionar durante mucho tiempo. Los resultados de la investigación se publican en la revista Letras de física aplicada .

Los investigadores están más interesados ​​que nunca en proyectos de desarrollo de nanotecnología para miniaturizar dispositivos tecnológicos, principalmente sistemas nanoelectrónicos. Los últimos logros en la creación de sistemas microelectromecánicos y nanoelectromecánicos que combinan nanoelectrónica y elementos mecánicos pueden hacer posible el desarrollo de sistemas físicos microscópicos, Sensores biológicos o químicos. Sin embargo, la falta de baterías en miniatura para alimentar sistemas microelectromecánicos y nanoelectromecánicos dificulta la introducción a gran escala de tales dispositivos.

Hoy dia, los científicos están estudiando la posibilidad de crear baterías de iones de litio en miniatura, paneles solares, pilas de combustible y varios tipos de condensadores. Sin embargo, estas baterías son todavía demasiado grandes para desarrollar sistemas verdaderamente microscópicos y de tamaño nanométrico.

Otro enfoque para alimentar sistemas microelectromecánicos y nanoelectromecánicos avanzados es el uso de baterías de radioisótopos. Las baterías de radioisótopos o nucleares o atómicas convierten la energía de la desintegración radiactiva de elementos metaestables (núcleos atómicos) en electricidad. Estos elementos tienen altos niveles de densidad energética para su masa y volumen. La duración de la emisión de energía sostenida varía, dependiendo de la elección de nucleidos. Las baterías de isótopos de radio silenciosas pueden funcionar sin errores ni mantenimiento durante mucho tiempo.

Propiedades únicas del níquel-63

La conversión termoeléctrica se considera uno de los métodos más convenientes para convertir la energía de la desintegración radiactiva en electricidad. Pero los científicos también están estudiando las baterías beta-voltaicas y sus aplicaciones prácticas. Al instalar un isótopo de radio que emite radiación beta suave en una batería en miniatura, Es posible proteger de la radiación a los usuarios y los objetos cercanos. Por lo tanto, tales baterías tendrían una amplia gama de aplicaciones.

Los investigadores de MEPhI estudiaron las propiedades electrofísicas de la película de níquel nano-racimo y seleccionaron los parámetros óptimos de un experimento con el objetivo de crear un sistema para convertir efectivamente la energía de la desintegración beta del isótopo níquel-63 en electricidad. El isótopo níquel-63 se encuentra entre los radionucleidos más prometedores en los procesos beta-voltaicos. Este emisor de radiación beta suave tiene una vida media larga de 100,1 años. Como consecuencia, este elemento único es ideal para alimentar varios sistemas que no requieren un alto rendimiento.

Elástico, elástico, El níquel relativamente inerte y fácil de mecanizar es un metal eficaz en términos de sus propiedades. No tiene que almacenarse ni transportarse dentro de contenedores. Los investigadores están intentando aumentar la eficiencia de los sistemas actuales que convierten la energía de la desintegración beta del elemento níquel-63 en electricidad y encontrar sistemas físicos alternativos. Este enfoque es muy prometedor.

Los investigadores de MEPhI están utilizando nuevos enfoques

Los investigadores han desarrollado un sistema físico inusual para generar electrones secundarios dentro de películas de níquel nanoestructuradas y para mejorar considerablemente la señal de corriente causada por una cascada de numerosas colisiones no elásticas de partículas beta. dijo Pyotr Borisyuk, profesor asistente de la Facultad de Problemas Físico-Técnicos de Metrología del MEPhI.

"Es relativamente fácil hacer un sistema experimental que consista en una matriz de nano-racimos de níquel densamente empaquetados con la distribución en gradiente de nanopartículas en la superficie del óxido de silicio, un dieléctrico de banda ancha, dependiendo de su tamaño, " El lo notó.

Los investigadores informan que la formación de películas de nano-racimos de níquel-63 con la distribución en gradiente de nanopartículas combina dos procesos importantes. Primero, Es posible desarrollar recubrimientos con una diferencia de potencial fija determinada por diferentes tamaños de nanopartículas en una dirección preestablecida. Segundo, convertirá la energía de la desintegración beta del isótopo níquel-63 en una corriente eléctrica sin utilizar sistemas semiconductores más difíciles de producir.

Las propiedades únicas de las películas de níquel de nano-racimo de gradientes emergentes. Las fuentes de energía de radioisótopos con conversión termoeléctrica tienen aplicaciones casi ilimitadas. Tiny nuclear batteries could be used for micro-electromechanical and nano-electromechanical systems, pacemakers, miniature glucose sensors and arterial blood pressure monitoring systems, and for controlling remote objects and micro-robots, as well as self-contained systems that can operate for a long time in deep space, beneath the sea and in the extreme north.