Forskere omdanner atomaffald til langtidsholdbare diamantbatterier

Atomkraft er en grøn energikilde, der ikke udleder CO₂ – til gengæld skal man håndtere en mængde farlig radioaktivt affald. Virksomheder som Seaborg Technologies forsøger at udnytte atomaffaldet i en ny type 4. generations atomreaktor, men affaldet viser sig også at have andre anvendelser: Radioaktive diamantbatterier.

Læs også: Fremtidens teknologi vil ændre vores liv – her er alle de nye teknologier under udvikling

Hvad er radioaktive diamantbatterier?

Radioaktive diamantbatterier er en teknologi, der første gang så dagens lys i 2016 ved Cabot Institute for the Environment, der hører under University of Bristol i Storbritannien. Her præsenterede de en såkaldt betavoltaisk enhed på blot 10 x 10 millimeter og en tykkelse på op til 0,5 millimeter, som var drevet af beta-henfaldet udsendt fra atomaffald.

Disse betapartikler indeholder kerneenergi, som kan konverteres til elektrisk energi, når tynde lag af radioaktivt materiale er placeret mellem halvledere. Når kernematerialet henfalder, og der udsendes betapartikler, slås elektroner i halvlederne løs, og der skabes elektrisk strøm.

Ulempen er dog, at batterierne skaber en relativt lille mængde strøm (15 joule om dagen), blandt andet fordi elektronerne spredes i enhver retning, og kun en lille del af dem rammer halvledere. Netop det problem kan en særlig syntetisk type diamant kaldet PCD løse.

Anvender energi fra radioaktive henfald

De radioaktive diamantbatterier er fremstillet ved en kunstig diamantfremstillingsproces, hvor en blanding af brint og metanplasma bruges til at dyrke diamantfilm ved meget høje temperaturer. Fremstillingsprocessen er dog ændret, så metanen indeholder den radioaktive isotop kulstof-14, som findes på bestrålede reaktorgrafitblokke.

Ved at bruge diamant udnytter forskerne materialets egenskaber til at fungere som både en radioaktiv kilde og som halvleder, da det er et af de hårdeste og mest varmeledende materialer i verden. Når diamanten udsættes for stråling, får man ifølge University of Bristol et atombatteri, som har en levetid på hele 5 730 år, og hvor atomaffaldet i batteriets indre giver det brændstof igen og igen, så det kan oplade sig selv i evigheder. Til sammenligning har konventionelle batterier en levetid på kun fem år.

Tom Scott, der er professor ved University of Bristol, fortæller til Nuclear Energy Insider, at han ser store perspektiver i at anvende radioisotophenfaldet fra atomkraftværker til at skabe langtidsholdbare batterier:

“Ved at fjerne kulstof-14 fra bestrålet grafit direkte fra reaktoren vil det gøre de resterende affaldsprodukter mindre radioaktive og dermed lettere at håndtere og bortskaffe. Omkostningerne til bortskaffelse af grafitaffaldet anslås til 46 000 pund per kubikmeter for mellemradioaktivt affald og 3 000 pund per kubikmeter for lavradioaktivt affald,” forklarer han.

Læs også: Forskere høster energi fra radiobølger – kan drive sensorer og dioder

Firmaer vil lancere diamantbatterier allerede i 2023

Fordi batterierne indtil videre har en meget lav effekt, lyder det fra forskerholdet fra Bistol, at deres radioaktive diamantbatterier ikke er velegnede til at erstatte lithium-ion-batterier i blandt andet smartphones og computere.

De kan nemlig kun levere et par mikrowatt strøm. Til gengæld har batterierne anvendelse i små enheder, der skal have strøm i lang tid, blandt andet små sensorer og pacemakere.

Den amerikanske virksomhed NDB Inc. arbejder dog på at kommercialisere diamantbaserede batterier ved brug af nanoteknologi, hvor der er visioner om væsentligt flere anvendelser. Her anvendes både alfa-, beta og neutronvoltaiske batterier. De tynde lag af diamantfilm i firmaets foreløbige proof-of-concepts fra 2020 gør det muligt at designe batterier i forskellige former til brug i blandt andet rumfartøjer, droner, elbiler og fly med en levetid på op til 28 000 år.

Virksomheden tror også, at denne type batteri kan finde vej til forbrugerelektronik – dog med en levetid begrænset til ‘kun’ et årti, lyder det.

NDB forventer at lancere sit første nano-diamantbatteri i 2023. Det engelske firma Arkenlight vil markedsføre Bristols radioaktive diamantbatteri og planlægger at lancere deres første produkt – et mikrobatteri – sidst i 2023.

Læs også: Nyheder om fremtidens teknologi