Gyémánt akkumulátorok – a többezer évig működő energiaforrás?
A gyémánt nemcsak az ékszerészetben értékes, hanem az energiaiparban is forradalmi áttörést hozhat. Az Egyesült Királyságban kifejlesztett szén-14 gyémánt akkumulátor nemcsak évezredekig működhet, de a nukleáris hulladék újrahasznosításának egyedülálló példája is. Miért lehet ez az energiaforrás a jövő kulcsa? Ismerd meg a részleteket!”
Egyesült Királyságbeli tudósok sikeresen létrehozták a világ első szén-14 gyémánt akkumulátorát, amely több mint 5000 éven át képes alacsony energiaigényű eszközöket, például műholdas kommunikációs berendezéseket működtetni.
Az akkumulátor a radioaktív szén-14 izotópból készül, amelyet egy vékony réteg szintetikus gyémánt vesz körül. A szén-14 bomlása során elektronokat bocsát ki, amelyeket a gyémánt félvezetőként alakít át elektromos árammá. Ez az akkumulátor rendkívül hosszú, akár évezredekig tartó működést biztosít alacsony energiafogyasztású eszközök számára, például űrszondák vagy orvosi implantátumok esetében.
Mivel a szén-14 felezési ideje 5700 év, a tudósok arra számítanak, hogy az akkumulátor évezredekig fog működni. A felezési idő azt az időtartamot jelenti, amely alatt a radioaktív izotóp, jelen esetben a szén-14, mennyiségének fele bomlik le. Mivel ennek az izotópnak a felezési ideje 5700 év, az energia kibocsátása rendkívül hosszú ideig fenntartható.
Széleskörű alkalmazási lehetőségek
A fejlesztést az Egyesült Királyság Atomenergia Hatósága (UKAEA) és a Bristoli Egyetem vezette, részben az előbbi fúziós energiával kapcsolatos munkájának köszönhetően. Az alkalmazási lehetőségek azonban rendkívül széleskörűek.
A gyémánt akkumulátorok olyan alacsony energiaigényű eszközöket működtethetnek, mint a pacemakerek, hallókészülékek, órák, számítógépes chipek – vagy bármilyen más, alacsony energiafogyasztású eszköz olyan környezetben, ahol az akkumulátorok gyakori cseréje nem kivitelezhető.
A Voyager 1 jelenleg 15 milliárd mérföldnyire lebeg a Földtől. Fotó: NASA/JPL-Caltech
A mérnökök a gyémánt akkumulátorokat akár űreszközök, például a Voyager 1 kommunikációs berendezéseinek energiaellátására is felhasználhatják. A Voyager 1, amely az emberiség által valaha készített legtávolabbi űreszköz, 1977-ben indult, és még mindig adatokat küld vissza a Földre. Ugyanakkor a jelenlegi energiaellátása várhatóan csak 2036-ig lesz elegendő. A Voyager 1 számítógépe is nukleáris energiával működik, de annak akkumulátora a plutónium-238 izotópot használja, amelynek felezési ideje mindössze 87,7 év. Ha szén-14 gyémánt akkumulátorral lenne felszerelve, a szonda több ezer évig továbbíthatta volna megfigyeléseit a Földre.
A gyémánt akkumulátor jövője
„A gyémánt akkumulátorok biztonságos, fenntartható módot kínálnak a folyamatos mikro-watt szintű energiaellátás biztosítására” – mondta Sarah Clark, a UKAEA munkatársa.
A szén-14 bomlása során keletkező rövidhullámú sugárzás nem jelent kockázatot – a gyémánt borítás teljesen elnyeli, állítják a kutatók. Az akkumulátor élettartama végén újrahasznosítható is – már ha akkor még lesz, aki foglalkozik vele!
Az akkumulátor gyémánt részét az UKAEA Oxfordhoz közeli Culham Campusán növesztették egy speciális plazmabetétes berendezéssel. (A „növesztették” kifejezés, mely bizonyára elsőre szokatlannak tűnik, a szintetikus gyémánt gyártási folyamatára utal, amely során speciális körülmények között „növesztik” a gyémántkristályokat). A szén-14-et grafitblokkokból nyerték ki, amelyek a nukleáris hasadásos reaktorok jól hozzáférhető melléktermékei.
Bár még a fejlesztés kezdeti szakaszában járnak, Tom Scott, a Bristoli Egyetem anyagtudományi professzora elmondta, hogy ipari partnerekkel tárgyalnak a potenciális kereskedelmi hasznosításról.
Scott vezette azt a csapatot, amely 2016-ban elindította az első gyémánt akkumulátor kísérleteket. Kutatásaik eredményeként még egy vállalatot is alapított, az Arkenlight-ot.
„Az előttünk álló évtized a teljesítmény javításáról és a gyártás felskálázásáról szól” – mondta Scott.
Bár még sok a fejlesztés előtt álló kihívás, a szén-14 gyémánt akkumulátorok forradalmasíthatják mindennapjainkat, a Földtől távoli űrkutatási missziókig.