- Η πυρηνική μπαταρία στερεάς κατάστασης NBV της NRD χρησιμοποιεί τεχνολογία betavoltaic με Nickel-63 και υπόσχεται αδιάλειπτη λειτουργία για περισσότερα από 100 χρόνια.
- Παρέχει ισχύ από 5 έως 500 nanowatts, καθιστώντας την ιδανική για ultra-low power συσκευές σε απομακρυσμένα και δύσκολα περιβάλλοντα.
- Η τεχνολογία εξαλείφει την ανάγκη αντικατάστασης μπαταριών, μειώνοντας δραστικά το κόστος συντήρησης και το περιβαλλοντικό αποτύπωμα σε κρίσιμες εφαρμογές.
Η αμερικανική εταιρεία NRD LLC, ειδικευμένη σε πυρηνικά υλικά, παρουσίασε μια πυρηνική μπαταρία στερεάς κατάστασης που σύμφωνα με τους ισχυρισμούς της εταιρείας μπορεί να παρέχει συνεχή και αξιόπιστη ενέργεια για περισσότερο από έναν αιώνα χωρίς καμία ανάγκη συντήρησης ή αντικατάστασης.
Η συσκευή στοχεύει σε εφαρμογές ultra-low power ηλεκτρονικών που λειτουργούν σε απομακρυσμένες ή δύσκολα προσβάσιμες τοποθεσίες όπου η παραδοσιακή συντήρηση μπαταριών είναι είτε αδύνατη είτε εξαιρετικά δαπανηρή.
Η τεχνολογία betavoltaic και το Nickel-63
Η σειρά NBV της NRD βασίζεται σε betavoltaic σχεδιασμό, όπου η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη β-διάσπαση του Nickel-63 μετατρέπεται απευθείας σε ηλεκτρικό ρεύμα μέσω ημιαγωγού στερεάς κατάστασης, προσφέροντας μια εντελώς διαφορετική προσέγγιση σε σχέση με τις χημικές μπαταρίες που βασίζονται σε αντιδράσεις που τελικά εξαντλούνται.
Το Nickel-63 έχει χρόνο ημιζωής περίπου 100,1 χρόνια, γεγονός που επιτρέπει στη μπαταρία να διατηρεί σημαντικό ποσοστό ισχύος ακόμα και μετά από πολλές δεκαετίες λειτουργίας.
Σε αντίθεση με τις συμβατικές μπαταρίες, η πυρηνική μπαταρία στερεάς κατάστασης δεν υποφέρει από αυτοεκφόρτιση και δεν χρειάζεται αντικατάσταση, καθιστώντας την ιδανική λύση για συστήματα που πρέπει να λειτουργούν επί δεκαετίες χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση σε εχθρικά περιβάλλοντα.
Τεχνικές προδιαγραφές
Σύμφωνα με την εταιρεία, η συσκευή προσφέρει ισχύ που κυμαίνεται από 5 nanowatts έως 500 nanowatts, με τάση λειτουργίας μεταξύ 1,0V και 20,0V και ονομαστικό ρεύμα από 7,5nA έως 33nA, όλα μέσα σε εξαιρετικά μικρό όγκο 20mm x 20mm x 12mm.
| Παράμετρος | Τιμή |
|---|---|
| Ισχύς εξόδου | 5 – 500 nanowatts |
| Τάση | 1,0V – 20,0V |
| Ρεύμα | 7,5nA – 33nA |
| Διαστάσεις | 20 × 20 × 12 mm |
| Διάρκεια ζωής | Πάνω από 100 χρόνια |
Η τεχνολογία αυτή ενδείκνυται κυρίως για συστήματα που χρειάζονται συνεχή αλλά ελάχιστη ισχύ, όπως ασύρματοι αισθητήρες, συστήματα καταγραφής δεδομένων και συσκευές παρακολούθησης υποδομών.
Ο CEO της NRD, Shel Alfiero, τόνισε ότι κρίσιμες αποστολές καταρρέουν όταν αποτυγχάνει ένα στοιχείο του συστήματος τροφοδοσίας, όπως μια συμβατική μπαταρία, και ότι η σειρά NBV αποτελεί λύση υψηλής ακεραιότητας για εφαρμογές που απαιτούν μακροπρόθεσμη αξιοπιστία σε ακραία περιβάλλοντα.
Εφαρμογές και προοπτικές
Η μπαταρία προορίζεται για βιομηχανική παρακολούθηση, περιβαλλοντική ανίχνευση, συστήματα ασφαλείας, καθώς και για αυτόνομες πλατφόρμες τεχνητής νοημοσύνης που χρειάζονται σταθερή μικρο-τροφοδοσία για να διατηρούν την κατάσταση συστήματος.
Λόγω του χρόνου ημιζωής του Nickel-63 (100,1 χρόνια), μετά από 100 χρόνια η μπαταρία θα διατηρεί ακόμα περίπου το 50% της αρχικής της ισχύος.
Επιπλέον, η τεχνολογία φαίνεται ιδιαίτερα ελκυστική για παρακολούθηση υποδομών, μακροχρόνια συστήματα υγείας σε απομακρυσμένες περιοχές και εφαρμογές όπου η πρόσβαση για συντήρηση είναι πρακτικά αδύνατη.
Παρότι η συσκευή είναι σφραγισμένη, η χρήση ραδιοϊσοτόπων υπόκειται σε αυστηρές κανονιστικές απαιτήσεις. Πρέπει να ελεγχθεί η συμμόρφωση με την ελληνική και ευρωπαϊκή νομοθεσία πριν από οποιαδήποτε ανάπτυξη.
Πρακτικές εφαρμογές, περιορισμοί και μελλοντικές εξελίξεις της πυρηνικής μπαταρίας στερεάς κατάστασης
Πέρα από τις τεχνικές προδιαγραφές που ανακοινώθηκαν, η πραγματική αξία της πυρηνικής μπαταρίας στερεάς κατάστασης έγκειται στην ικανότητά της να επιλύει χρόνια προβλήματα σε κλάδους όπως η πετρελαϊκή βιομηχανία, οι έξυπνες πόλεις, η γεωργία ακριβείας και η παρακολούθηση κλιματικών παραμέτρων σε απομακρυσμένες περιοχές όπως η Αρκτική ή τα υψηλά βουνά, όπου η αντικατάσταση μπαταριών κάθε λίγα χρόνια είναι οικονομικά ασύμφορη και περιβαλλοντικά επιβαρυντική.
Μια σημαντική πρακτική συμβουλή για μηχανικούς συστημάτων είναι να συνδυάσουν την πυρηνική αυτή μικροπηγή με υπερπυκνωτές ή μικρές ηλιακές κυψέλες, δημιουργώντας ένα υβριδικό σύστημα που θα χρησιμοποιεί την πυρηνική μπαταρία ως απόλυτη βάση αξιοπιστίας ενώ θα εκμεταλλεύεται περιστασιακά άλλες πηγές όταν είναι διαθέσιμες, αυξάνοντας έτσι την ευελιξία του συστήματος χωρίς να θυσιάζει τη μακροζωία του.
Από αναλυτικής πλευράς, η απόδοση των betavoltaic κυττάρων παραμένει χαμηλή (συνήθως 1-6%), γεγονός που εξηγεί την περιορισμένη ισχύ σε nanowatts.
Ωστόσο, σε εφαρμογές όπου η συνολική κατανάλωση ενέργειας είναι της τάξης μερικών microwatt ανά ημέρα, όπως σε αισθητήρες LoRaWAN που μεταδίδουν δεδομένα μία φορά την ώρα ή λιγότερο, η τεχνολογία αυτή γίνεται εξαιρετικά ανταγωνιστική και συχνά η μόνη βιώσιμη λύση μακροπρόθεσμα.
Στο μέλλον αναμένεται βελτίωση της απόδοσης μέσω νέων ημιαγωγών όπως το gallium nitride ή diamond-based betavoltaics, ενώ παράλληλα η μείωση του κόστους παραγωγής θα επιτρέψει μεγαλύτερη διείσδυση σε εμπορικές εφαρμογές.
Επιπλέον, η τεχνολογία μπορεί να συμβάλει σημαντικά στη μείωση των ηλεκτρονικών αποβλήτων, καθώς μία μόνο μπαταρία αντικαθιστά χιλιάδες συμβατικές μπαταρίες λιθίου σε διάστημα ενός αιώνα.
Τέλος, η NRD διαθέτει πλήρως αδειοδοτημένες εγκαταστάσεις και εξειδικευμένο τμήμα ακτινοπροστασίας, στοιχεία που εγγυώνται ότι η κλιμάκωση της παραγωγής μπορεί να γίνει με ασφάλεια.
Για την ελληνική αγορά, τέτοιες συσκευές θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε συστήματα παρακολούθησης σεισμικής δραστηριότητας, δασικών πυρκαγιών, ποιότητας υδάτων και πολιτιστικής κληρονομιάς σε νησιά και ορεινούς όγκους, όπου η συντήρηση είναι ιδιαίτερα δύσκολη.
Η εμφάνιση αυτής της τεχνολογίας σηματοδοτεί μια σημαντική στροφή προς εναλλακτικές μορφές μακροχρόνιας μικροενέργειας που μπορεί να αλλάξουν ριζικά τον σχεδιασμό συστημάτων Internet of Things την επόμενη εικοσαετία.
