بطارية بيتاڤولتية
البطاريات بيتاڤولتية Betavoltaic batteries، أو الخلايا بيتاڤولتية Betavoltaic cells أو الأجهزة البيتاڤولتية Betavoltaic devices، هي مولدات للتيار الكهربي، على شكل بطارية، تستخدم الطاقة من مصدر إشعاعي لبث جسيمات بيتا (إلكترونات). المصدر الشائع المستخدم هو التريتيوم، أحد نظائر الهيدروجين. على عكس معظم مصادر الطاقة النووية، والتي تستخدم الإشعاع النووي لتوليد الحرارة، والتي تستخدم بدورها لتوليد الكهرباء (المصادر الكهروحرارية والأيونوحرارية)، تستخدم البطاريات البيتاڤولتية عملية تحويل غير حرارية؛ لتحويل زوجي الثقب الإلكتروني الناتج من عملية تأين جسيمات بيتا التي تذرع traversing شبه موصل.[1]
مصادر الطاقة البيتاڤولتية (والتكنولوجيا مصادر الطاقة الألفاڤولتية المتعلقة[2]) تناسب بصفة خاصة التطبيقات الإلكترونية منخفضة الطاقة حيث العمر الطويل لمصدر الطاقة مطلوباً، مثل الأجهزة الطبية المزروعة أو التطبيقات العسكرية والفضائية.[1]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
التاريخ
أًخترعت البطاريات البيتاڤولتية منذ أكثر من 60 سنة.[vague] بعض منظمات القلب الاصطناعية التي كانت تستخدم في السبعينيات كانت تعتمد على الپروميثيوم،[3] لكنها تراجعت بعد تطوير بطاريات الليثيوم الأرخص ثمناً.[1]
لم تكن المواد الشبه موصلة المبكرة فعالة في تحويل الإلكترونات من اضمحلال بيتا إلى تيار قابل للاستخدام، ومن ثم تم استخدام النظائر- ذات الطاقة الأعلى، والأغلى ثمناً وذات الخطورة المحتملة. المواد شبه الموصلة الأكثر فاعلية المستخدمة اليوم يمكن إقرانها مع نظائر حميدة نسبياً مثل التريتيوم، والتي تنتج قدر أقل من الإشعاع.[1]
تعتبر البيتاسل أول بطارية بيتاڤولتية ناجحة تجارياً. استخدام كربون-14 المغلف بالماس المستخلص من النفايات النووية، تم اقتراحه في 2015 كمصدر بيتاڤولتي طويل العمر.[4][dead link]
عام 2018 طورت الجامعة الوطنية للبحوث النووية في روسيا[5] يعتمد على لوحين من النيكل-63 بسمك 2 ميكرون بين طبقات من الماس بسمك 10 ميكرون. أنتج التصميم ماي قارب 1 ميكرواط (μW) بكثافة طاقة of 10 μW/cm3. وكانت كثافة طاقة التصميم 3.3 كيلوواط-س/كگ. يبلغ عمر النصف لنيكل-63 100 سنة.[6]
التطبيقات
الاستخدام الرئيسي للبطاريات البيتاڤولتية هو الاستخدام عن بعد طويل المدى، مثل سفن الفضاء التي تتطلب طاقة كهربائية لعقد أو عقدين. دفع التقدم الأخير البعض لاقتراح استخدام البطاريات البيتاڤولتية في البطاريات التقليدية ذات الشحن العائم المستخدمة في الأجهزة الاستهلاكية، مثل الهواتف المحمولة و[[حاسوب محمول|الحواسب المحمولة.[7] في أوائل 1973، ظهرت اقتراحات باستخدام البطارايت البيتاڤولتية في الأجهزة الطبية طويلة المدى مثل، منظمات القلب الاصطناعية.[3]
على الرغم من استخدام البطاريات البيتاڤولتية للمواد الإشعاعية كمصدر للطاقة، إلا أن جسيمات بيتا المستخدم تكون أقل طاقة ويمكن إيقافها بسهولة بواسطة واقي بسمك بضعة مليمترات. مع تكوين الجهاز الملائم (أي، الدرع والاحتواء الملائم)، لا يمكن للبطارية البيتاڤولتية بث الأشعة الخطرة. سيؤدي تسرب المادة المغلقة إلى مخاطر صحية، مثل تسرب المواد في أنواع أخرى من البطاريات (ممثل الليثيوم، الكاميون والرصاص) يؤدي إلى مخاوف صحية وبيئية كبرى.[8]
العيوب
لبثها المواد المشعة، فإن نشاطها يتراجع ببطيء (بالإشارة إلى عمر النصف). وبالتالي، فإن البطاريات البيتاڤولتية تولد طاقة أقل بمرور الوقت. في الأجهزة العملية، يحدث هذا التراجع على فترة تصل لعدة سنوات. في أجهزة التريتيوم، يصل عمر النصف إلى 12.32 سنة. في تصميم الأجهزة، عن النظر لسمات البطارية المطلوبة ينبغي مراعاة نهاية-العمر، وضمان أن خصائص بداية-العمر تأخذ في الاعتبار فترة-عمر الاستخدام المرجوة.
انظر أيضاً
- بطارية ذرية
- بطارية الماس
- بطارية كهروضوئية
- بطارية النظائر المشعة
- Radioisotope piezoelectric generator
- PVDF Thinfilm technology
- قائمة أنواع البطاريات
المصادر
- ^ أ ب ت ث A 25-Year Battery: Long-lived nuclear batteries powered by hydrogen isotopes are in testing for military applications, Katherine Bourzac, Technology Review, MIT, 17 Nov 2009.
- ^ NASA Glenn Research Center, Alpha- and Beta-voltaics (accessed Oct. 4, 2011)
- ^ أ ب Olsen, L.C. (December 1973). "Betavoltaic energy conversion". Energy Conversion. Elsevier Ltd. 13 (4): 117–124, IN1, 125–127. doi:10.1016/0013-7480(73)90010-7.
{{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter:|coauthors=(help) - ^ http://www.thechemicalengineer.com/latest%20news/2016/november/diamond-battery-made-from-nuclear-waste.aspx
- ^ "MEPhI to Develop Long-Lasting Battery With Unorthodox Methods". سپوتنيك نيوز. 2018-07-10. Retrieved 2018-07-20.
- ^ Irving, Michael (June 3, 2018). "Russian scientists pack more power into nuclear battery prototype". newatlas.com (in الإنجليزية). Retrieved 2018-06-14.
{{cite web}}: Cite has empty unknown parameter:|dead-url=(help) - ^ "betavoltaic.co.uk". Retrieved 21 February 2016.
- ^ Maher, George (October 1991). "Battery Basics". County Commissions, North Dakota State University and U.S. Department of Agriculture. North Dakota State University. Retrieved August 29, 2011.
وصلات خارجية
- University of Rochester news release
- City Labs
- Widetronix
- Armando Antoniazzi. "The Dawn of Nuclear Batteries". Blog.kinectrics.com. Archived from the original on 2012-03-21. Retrieved 2012-08-22.
{{cite web}}: Unknown parameter|deadurl=ignored (|url-status=suggested) (help) - "Commercially-available NanoTritium battery can power microelectronics for 20+ years". Gizmag.com. 2012-08-16. Retrieved 2012-08-22.