Wissenschaftler haben die weltweit erste Betavoltaikbatterie der neuen Generation entwickelt. Diese fortschrittliche Stromquelle wird durch die direkte Verbindung von Radioisotopenelektroden mit einer Perowskit-Absorberschicht hergestellt, einem hochmodernen Material, das für seine hohe Effizienz bekannt ist.
Um die Leistung zu verbessern, bettete das Team Quantenpunkte auf Kohlenstoff-14-Basis in Elektroden ein und verbesserte die Struktur der Perowskitschicht. Diese Innovationen führen zu einer äußerst stabilen Leistungsabgabe und einer beeindruckenden Energieumwandlungseffizienz.
Die in der Fachzeitschrift Chemical Communications veröffentlichten Ergebnisse wurden von Professor Su-Il In (Kanzler Kunwoo Lee) vom Department of Energy Science and Engineering am National Institute of Science and Technology der Republik Korea geleitet.
Die neu entwickelte Technologie sorgt für eine stabile, langfristige Stromversorgung ohne Aufladen und ist damit eine vielversprechende Energielösung der nächsten Generation für Bereiche, die eine langfristige Energieautonomie erfordern, wie etwa die Weltraumforschung, implantierbare medizinische Geräte und militärische Anwendungen.
Mit der rasanten Entwicklung der Miniaturisierung und Verfeinerung elektronischer Geräte besteht ein wachsender Bedarf an innovativen Stromversorgungstechnologien, um die Notwendigkeit häufiger Aufladungen zu minimieren. Allerdings haben derzeit gängige Batterien, darunter Lithium- und Nickelbatterien, eine kurze Lebensdauer und sind anfällig für hohe Temperaturen und Feuchtigkeit, was ihre Zuverlässigkeit in extremen Umgebungen einschränkt. Die Betavoltaik-Batterietechnologie, die über Jahre oder sogar Jahrzehnte stabile Energie liefern kann, entwickelt sich zu einer leistungsstarken Alternative.
Betavoltaikzellen erzeugen Strom, indem sie Betapartikel einfangen, die beim natürlichen radioaktiven Zerfall freigesetzt werden. Theoretisch können sie jahrzehntelang ohne Wartung betrieben werden. Beta-Partikel bieten auch hervorragende Vorteile für die biologische Sicherheit, da sie nicht in die menschliche Haut eindringen können. Allerdings waren die praktischen Fortschritte aufgrund der Herausforderungen beim Umgang mit radioaktiven Materialien und der Gewährleistung der Materialstabilität begrenzt.
Um diese Herausforderungen zu meistern, entwickelte das Team von Professor In eine hybride Quanten-Betavoltaikzelle, die eine Kohlenstoff-14-basierte Isotopenelektrode mit einer hocheffizienten Perowskit-Absorberschicht kombiniert. Sie verbesserten die Ladungstransporteigenschaften deutlich, indem sie die Perowskit-Kristallstruktur präzise kontrollierten und Zusätze wie Methylammoniumchlorid (MACl) und Cäsiumchlorid (CsCl) verwendeten.
Letztendlich erreichte die entwickelte Betavoltaik-Batterie eine etwa 56.000-fache Steigerung der Elektronenmobilität im Vergleich zu herkömmlichen Systemen und behielt eine stabile Leistungsabgabe für bis zu 9 Stunden Dauerbetrieb bei, was eine hervorragende Leistung beweist.
Professor Su-Il In kommentierte: „Diese Forschung markiert die weltweit erste praktische Umsetzung von Betavoltaik-Batterien. Wir planen, die Kommerzialisierung der nächsten Generation der Stromversorgungstechnologie für extreme Umgebungen zu beschleunigen und die Miniaturisierung und den Technologietransfer weiter voranzutreiben.“ Co-Erstautor und Doktorand Junho Lee fügte hinzu: „Obwohl diese Forschung tägliche Herausforderungen mit sich bringt, die oft unmöglich erscheinen, sind wir von einem starken Sendungsbewusstsein getrieben und wissen, dass die Zukunft des Landes eng mit der Energiesicherheit zusammenhängt.“
Zusammengestellt von /scitechdaily