В Корее разрабатывают бета-вольтаический элемент с самой высокой в мире эффективностью – 10,79 %

Корреспондент Ким Бён Чжин

Профессор DGIST Ин Су Иль (в центре вверху) и его исследовательская группа [Предоставлено DGIST]

7 января исследовательская группа под руководством профессора Ин Су Ила из факультета энергетической инженерии Института науки и технологий Тэгу-Кёнбук (DGIST) сообщила об успешном повышении эффективности поглотителя излучения, ключевого компонента бета-вольтаического на основе перовскита, за счет контроля техпроцессов с добавкой и антирастворителем.

Благодаря этой технологии исследовательская группа значительно улучшила как эффективность преобразования энергии излучения в электричество, так и долгосрочную стабильность. Это позволило успешно разработать высокоэффективные бета-вольтаические элементы нового поколения, способные работать в течение длительного времени без внешней зарядки.

С быстрым развитием искусственного интеллекта (ИИ), Интернета вещей (IoT) и технологий космических исследований растет спрос на источники энергии нового поколения, способные обеспечивать стабильное и долгосрочное энергоснабжение без технического обслуживания даже в экстремальных условиях.

Однако существующие литий-ионные батареи имеют ограничения: ограниченный срок службы, риск возгорания и необходимость периодической зарядки и замены.

Бета-вольтаические батареи, привлекающие внимание как альтернатива для преодоления этих ограничений, представляют собой устройства, которые преобразуют бета-лучи (электроны), испускаемые при распаде радиоактивных изотопов, в электрическую энергию.

Они могут автономно генерировать энергию без внешнего источника питания, имеют чрезвычайно длительный срок службы, основанный на периоде полураспада изотопа, и обладает управляемым уровнем радиации.

Однако существующие бета-вольтаические батареи сталкиваются с трудностями в коммерциализации из-за низкой эффективности преобразования энергии их материалов, поглощающих излучение.

Для решения этой проблемы исследовательская группа применила наночастицы углерода-14 (Carbon-14), радиоактивного изотопа, в качестве источника бета-излучения и ввела перовскитный материал в качестве поглотителя излучения.

В частности, в ходе совместных исследований с командой профессора Пак Чжон Хёка из факультета химической и биологической инженерии Университета Ёнсе они установили, что использование хлорида метиламмония (MACl) в качестве добавки при синтезе перовскита и применение техпроцесса с антирастворителем на основе изопропанола (IPA) эффективно контролирует рост кристаллов и дефекты.

Этот процесс значительно увеличил размер кристаллов перовскита и снизил плотность внутренних дефектов, создав условия, в которых электроны, генерируемые столкновениями бета-частиц, могли перемещаться без потерь на рекомбинацию.

В результате команда смогла вызвать «электронную лавину», генерируя примерно 400 000 электронов на каждую падающую бета-частицу.

Разработанная исследовательской группой бета-вольтаическая ячейка достигла эффективности преобразования энергии в 10,79 %.

Это в шесть раз превышает максимальную эффективность существующих бета-элементов на основе перовскита (около 1,83%). Устройство сохраняло стабильную выходную мощность без снижения производительности более 15 часов.

По оценкам, эти показатели превосходят аналогичные результаты зарубежных исследований, опубликованные в журнале Nature в 2024 году.

Это исследование имеет большое значение, поскольку представляет собой новую стратегию проектирования, впервые в мире позволяющую точно контролировать материал и структуру поглотителя излучения в наномасштабе. Это одновременно повышает эффективность, экономическую эффективность и коммерческий потенциал бета-вольтаических элементов.

Кроме того, оно показало возможность реализации высокоэффективных бета-вольтаических элементов, которые ранее оставались теоретической возможностью. Ожидается, что они будут служить основным источником питания для приложений, в которых замена батарей затруднена, таких как имплантируемые медицинские устройства, оборудование для космических исследований и автономная мобильность на основе искусственного интеллекта.

«Данное исследование имеет большое значение, поскольку в нем используются перовскитные материалы для преодоления низкой эффективности у существующих бета-вольтаических элементов и достигается высокая эффективность, превышающая 10%» - сказал профессор Ин Су Иль, добавив: «Мы продолжим последующие исследования, чтобы обеспечить его коммерциализацию в качестве независимого источника питания в области четвертой промышленной революции и будущих технологий искусственного интеллекта, где требуется энергетическая самодостаточность».

Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале Carbon Energy, специализирующемся в области энергетики и преобразования углерода.

kbj7653@heraldcorp.com

#южнаякорея #корея #политика #экономика #промышленность #аккумулятор #батарея #энергетика #бетавольтаика #технология #медицина #бизнес #финансы #образование #общество #культура #искусство #азия