بطارية الطاقة النووية بالكربون المشع من كوريا الجنوبية

قام باحثون في معهد دايجو جيونجبوك للعلوم والتكنولوجيا في كوريا الجنوبية، بقيادة سو إيل إن، بتطوير بطارية جديدة تستخدم الكربون المشع كبديل محتمل لبطاريات الليثيوم أيون التقليدية.

قدمت Su-Il In تفاصيل البطارية البيتافولتية في اجتماع ربيع 2025 للجمعية الكيميائية الأمريكية. ويرتبط مصطلح "البيتافولتية" بالقدرة على تحويل إشعاع بيتا إلى كهرباء. تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون التقليدية على نطاق واسع في عدد لا يحصى من الأجهزة، من الهواتف الذكية إلى السيارات الكهربائية. ومع ذلك، لديهم مشاكل متأصلة، بما في ذلك العمر المحدود والمخاوف البيئية المتعلقة باستخراج الليثيوم والتخلص من البطاريات.

ويتطلع الباحثون الآن إلى ما هو أبعد من حلول الطاقة هذه، نحو استخدام المواد المشعة التي يمكنها تسخير الطاقة لفترات طويلة دون الحاجة إلى إعادة الشحن . تتضمن الفرضية الأساسية الاستخدام الآمن للخلايا البيتافولتية، وهي تقنية تحول الإشعاع المنبعث من النظائر إلى طاقة كهربائية.

ولتطوير النموذج الأولي، اختار الباحثون الكربون 14، الذي ينبعث منه جزيئات بيتا التي تشكل خطرًا ضئيلًا على صحة الإنسان إذا تمت حمايتها بشكل صحيح. ويحمي الجلد من هذا النوع من الإشعاع، لذا فهو منخفض المخاطر نسبيًا.

إن استخدام الكربون 14 لا يزيد من السلامة فحسب، بل يقلل أيضًا من التكاليف، لأنه منتج ثانوي للمفاعلات النووية ويمكن إعادة تدويره. وهذا يجعله خيارًا جذابًا لإنشاء مصادر طاقة موثوقة يمكن أن تعمل لعقود أو أكثر، مما يوفر إمكانيات متنوعة للتكنولوجيا اليومية.

بطارية الكربون المشع

وصف Su-Il In كيف تستخدم البطارية تصميمًا فريدًا يضع الكربون المشع في كل من الأنود والكاثود، مما يزيد بشكل فعال من كفاءة تحويل الطاقة من 0.48% إلى 2.86% واعدة . يتيح هذا الموضع المزدوج للبطارية تحقيق أقصى استفادة من إشعاع بيتا، مما يحسن أداء الإلكترونات المحقونة في طبقة أشباه الموصلات، مما يؤدي إلى توليد كهرباء أكثر فعالية.

يتميز النموذج الأولي للبطارية بتقنيات أشباه الموصلات المتقدمة التي تعزز تحويل الطاقة، باستخدام ثاني أكسيد التيتانيوم (المستخدم عادة في الخلايا الشمسية) مع صبغة تعتمد على الروثينيوم.

يسمح هذا المزيج للإلكترونات المنبعثة من الإشعاع بالتفاعل بشكل فعال مع أشباه الموصلات، مما يؤدي إلى تفاعل متسلسل لنقل الإلكترون يُعرف باسم "الانهيار الإلكترونى". يؤدي هذا إلى تضخيم التيار الناتج، وهو أمر ضروري للتشغيل الصحيح للبطارية النووية.

يضمن اختيار استخدام مصدر الكربون المشع الذي ينبعث منه أشعة بيتا فقط التشغيل الآمن للبطارية حتى في التطبيقات الاستهلاكية صغيرة الحجم. ويمكن استخدامه في الأجهزة التي تعتمد تقليديًا على بطاريات الليثيوم أيون، مثل الأجهزة الطبية القابلة للزرع وأجهزة الاستشعار عن بعد.

بالإضافة إلى تحسين أداء البطارية، يمكن أن يكون للنموذج الأولي الجديد تأثير بيئي إيجابي، نظرا للاستخدام المتزايد للبطاريات القابلة لإعادة الشحن. يعد تعدين الليثيوم ضارًا بيئيًا ويثير تساؤلات حول استدامته، نظرًا لزيادة الطلب العالمي. التحول إلى بطارية تعمل بالطاقة النووية يمكن أن يحل هذه المشاكل.

إن الفوائد التشغيلية طويلة المدى للبطاريات النووية، مثل تلك التي يمكن أن تستمر مدى الحياة في الأجهزة الطبية مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب، يمكن أن تلغي الحاجة إلى استبدال البطارية عن طريق تقليل المخاطر الصحية المرتبطة بالإجراءات الجراحية ومعالجة مشكلات إدارة النفايات المحتملة المرتبطة بالبطاريات المستهلكة. وبما أن عمر النصف للكربون 14 هو 5700 سنة فيمكننا القول أن المدة جيدة.

زمن اضمحلال الكربون

وتسير الصين أيضًا في نفس الاتجاه مع بطارية الكربون Zhalong ، التي يفترض أن يصل عمرها نظريًا إلى مائة عام، والتي تعتمد على النظير المشع الكربون 14.

على الرغم من أن معدلات الكفاءة الحالية لهذه التصاميم البيتافولتية الجديدة لا تتجاوز بعد معدلات بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، إلا أن الباحثين يعتقدون أنهم على وشك تحقيق اختراق يمكن أن يحسن إنتاج الطاقة بشكل كبير . وستركز الجهود المستقبلية على تحسين التكوين المادي لانبعاثات أشعة بيتا وتحسين كفاءة امتصاص الطاقة عند أقطاب الجهاز.

المقالة من كوريا الجنوبية تأتي بطارية الطاقة النووية بالكربون المشع من السيناريوهات الاقتصادية .