다이아몬드 배터리

Diamond battery

다이아몬드 배터리는 2016년 11월 25일 윌스 메모리얼 빌딩에서 열린 연례[1] 강연에서 브리스톨 대학교 캐벗 연구소가 제안한 핵 배터리 개념의 이름이다.이 배터리는 폐흑연 블록(이전에 흑연 감속로에서 중성자 감속재로 사용됨)의 방사능에 따라 작동하도록 제안되었으며 수천 년 동안 소량의 전기를 발생시킬 것이다.

배터리는 베타 방사선원으로서 다이아몬드 라이크 카본(DLC) 형태의 탄소-14(14C)를 사용하고, 필요한 반도체 접합을 만들고 탄소-14를 [2]캡슐화하기 위해 추가 일반 탄소 DLC를 사용하는 베타 전지입니다.

시제품

현재 알려진 시제품은 C를 소스로 사용하고 있지 않지만, 에너지 변환용 다이아몬드 반도체와 함께 니켈-63(63Ni)을 소스로 사용하는 일부 시제품은 C 다이아몬드 배터리 시제품의 디딤돌로 간주되고 있습니다.

브리스톨 대학교 원형

2016년 브리스톨 대학의 연구원들은 Ni 시제품 중 하나를 만들었다고 주장했다.그러나 증거는 [3]제공되지 않습니다.이 프로토타입의 성능에 대한 세부 정보가 제공되었습니다.그러나 그들은 자기 정합성이 없다.성능에 대한 다른 세부 사항 및 수치와 모순되는 것은 이론적인 값을 몇 [4]배나 초과합니다.

그들의 FAQ에 따르면, C-14 셀의 추정 전력은 수천 년 동안 15J/day이며, 20g의 AA 배터리와 비교하여 700J/g을 제공한다.그리고 그들은 AA 배터리를 이 기술로 교체하는 것은 불가능하다고 주장하는데, 이는 마이크로 전자 공학, 우주 탐사, 의료 기기, 해저 통신 등과 같이 장기간에 걸친 낮은 방전 속도가 요구되는 애플리케이션을 목표로 해야 한다.

모스크바 물리학 기술 연구소의 프로토타입

외부 이미지
image icon 시제품 핵 배터리, 초경질 및 신규 탄소 [5]물질 기술 연구소.

2018년 모스크바물리기술연구소(MIPT), 초경질 및 신규 탄소재료기술연구소(TISNCM), 국립과학기술대학(MISIS) 연구진은 10마이크론 다이아몬드 컨버터 200개 사이에 2미크론 두께의 니박샌드위치를 사용한 시제품을 발표했다.10μW/cm의3 전력 밀도에 대해 에서 약 1μW의 전력 출력을 생성했습니다.이 값에서 에너지 밀도는 100년 반감기에 걸쳐 약 3.3 Wh/g으로 기존 전기화학 [5]배터리의 약 10배에 달합니다.이 연구는 2018년 4월 'Diamond and Related Materials'[6] 저널에 발표되었습니다.

카본-14

연구진은 효율을 높이기 위해 노력하고 있으며 [3]핵폐기물 방사능의 미미한 원인인 방사성 C의 사용에 초점을 맞추고 있다.

14C는 베타 붕괴를 겪으며, 이 붕괴에서 낮은 에너지 베타 입자를 방출하여 안정적인 질소-14가 된다([7]방사능이 아님).

14
6C
 → N
 + β

평균 50keV의 에너지를 가진 이 베타 입자들은 다른 탄소 원자와 비탄성 충돌을 겪으며, 따라서 전자-공 쌍이 생성되어 전류에 기여합니다.이는 베타 입자의 높은 에너지 때문에 탄소 원자가 대역의 전자가 전도 대역으로 점프해 전자가 존재했던 [8][4]원자가 대역에 구멍을 낸다고 밴드 이론으로 재진술할 수 있다.

제조 제안

흑연 감속로에서는 핵분열성 우라늄 막대가 흑연 블록 안에 배치된다.이들 블록은 핵 연쇄 반응이 열 중성자와 [9]함께 발생할 수 있도록 빠르게 움직이는 중성자를 감속하는 것이 목적인 중성자 감속재 역할을 한다.사용 중 흑연에 포함된 비방사성 탄소-12 및 탄소-13 동위원소 중 일부는 [10]중성자를 포획함으로써 방사성 C로 변환된다.발전소 폐로 중에 흑연 블록이 제거되면 유도 방사능에 의해 안전한 폐기가 필요한 저준위 폐기물로 인정된다.

브리스톨 대학의 연구원들은 많은 양의 방사능 C가 흑연 블록의 내벽에 집중되어 있다는 것을 증명했다.따라서 블록에서 효과적으로 제거할 수 있다고 제안합니다.이는 탄소를 가스 형태로 방출하는 승화점 3915K(3642°C, 6588°F)까지 가열하여 수행할 수 있습니다.이후 블록은 방사능이 적고 대부분의 방사성 C가 [11]추출되어 폐기하기가 쉬워집니다.

이 연구자들은 이 C가스가 저압과 고온을 이용한 화학적 기상 증착으로 알려진 과정을 통해 수집되어 인공 다이아몬드를 만드는데 사용될 수 있을 것이라고 제안하고, 이 다이아몬드는 전형적인 다이아몬드 컷이 아닌 얇은 시트일 것이라고 언급했다.방사성 C로 만들어진 다이아몬드는 여전히 베타 방사선을 발생시킬 것이며 연구진은 이것이 베타 기전원으로 사용될 수 있다고 주장한다.연구원들은 또한 이 다이아몬드가 C로 만들어진 비방사성 인공 다이아몬드 사이에 끼워져 있을 것이며, 이는 선원으로부터의 방사선을 차단할 것이며 기존의 실리콘 [11]반도체 대신 다이아몬드 반도체로 에너지 변환에 사용될 것이라고 주장한다.

제안 어플리케이션

가 매우 낮은 출력 밀도, 전환 효율성과 높은 비용으로 인해, 그14Cbetavoltaic 장치 매우 niche 애플리케이션은 작은 동력(microwatts)필요로 하는 곳은 전통적인 전지 또는 재래식 에너지 하를 사용하여 일치의 재충전 교체할 수 없는 상황에서 몇년간 가장 적합하다 다른 기존betavoltaic 장치와 비슷하다.rv에스팅 [12][13]기술더 긴 반감기로 인해, C 베타볼틱스는 삼중수소나 니켈을 사용하는 다른 베타볼틱스와 비교했을 때 사용 수명에서 유리할 수 있다.단, 이는 전력 밀도를 더욱 낮추는 대가를 치르게 될 가능성이 있습니다.

상용화

2020년 9월, 브리스톨 대학의 남서쪽 핵 허브에 있는 아스파이어 다이아몬드 그룹의 산업 펠로우이자 전략 자문 컨설턴트인 모건 보드만은 다이아몬드 배터리 기술과 다른 핵 기술을 상업화하기 위해 설립된 Arkenlight라는 새로운 회사의 CEO로 임명되었습니다.r 브리스톨 대학에서[14] 연구 또는 개발 중인 방사선 장치

레퍼런스

  1. ^ "Annual Lecture 2016: Ideas to change the world". University of Bristol.
  2. ^ "Nuclear Waste and Diamonds Make Batteries That Last 5,000 Years". Seeker. 30 November 2016.
  3. ^ a b DiStaslo, Cat (2 December 2016). "Scientists turn nuclear waste into diamond batteries that last virtually forever". Inhabitat.
  4. ^ a b "Diamond nuclear battery could generate 100μW for 5,000 years". Electronics Weekly. 2 December 2016.
  5. ^ a b "Prototype nuclear battery packs 10 times more power".
  6. ^ Bormashov, V.S.; Troschiev, S.Yu.; Tarelkin, S.A.; Volkov, A.P.; Teteruk, D.V.; Golovanov, A.V.; Kuznetsov, M.S.; Kornilov, N.V.; Terentiev, S.A.; Blank, V.D. (April 2018). "High power density nuclear battery prototype based on diamond Schottky diodes". Diamond and Related Materials. Science Direct. 84: 41–47. doi:10.1016/j.diamond.2018.03.006.
  7. ^ "Nuclear Reactions/Beta Decay". libretexts.org. libretexts.org. 2013-11-26.
  8. ^ "Flash Physics: Nuclear diamond battery, M G K Menon dies, four new elements named". Physics World. 30 November 2016.
  9. ^ "'Diamond-age' of power generation as nuclear batteries developed". Youtube. University of Bristol.
  10. ^ "Radioactive Diamond Batteries: Making Good Use Of Nuclear Waste". Forbes. 9 December 2016.
  11. ^ a b "'Diamond-age' of power generation as nuclear batteries developed". University of Bristol. 25 November 2016.
  12. ^ Bristol University 프레스 릴리즈 : 2016년 11월 25일
  13. ^ Bristol University 학제 간 Aspire 프로젝트, 2017
  14. ^ 새로운 Atlas(구 Gizmag)의 보드먼 박사 인터뷰

외부 링크

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