Jedrske baterije
Še v petdesetih letih prejšnjega stoletja so znanstveniki betavoltaiko – tehnologijo za pridobivanje energije beta sevanja – smatrali kot osnovo za ustvarjanje novih virov energije v prihodnosti. Danes obstajajo resnični razlogi za samozavestno trditev, da je uporaba nadzorovanih jedrskih reakcij sama po sebi varna. Na desetine jedrskih tehnologij ljudje že uporabljajo v vsakdanjem življenju, kot so radioizotopski detektorji dima.
Tako sta marca 2014 znanstvenika Jae Kwon in Bek Kim z Univerze v Missouriju, Columbia, ZDA, reproducirala prvi delujoči prototip kompaktnega vira energije na svetu, ki temelji na stronciju-90 in vodi. V tem primeru je vloga vode energijski blažilnik, kar bo pojasnjeno v nadaljevanju.
Jedrska baterija bo več let delovala brez vzdrževanja in bo lahko proizvajala elektriko zaradi razgradnje molekul vode, ko te medsebojno delujejo z delci beta in drugimi produkti razpada radioaktivnega stroncija-90.
Moč takšne baterije naj bi povsem zadostovala za napajanje električnih vozil in celo vesoljskih ladij.Skrivnost novega izdelka je v kombinaciji betavoltaike in dokaj novega fizikalnega trenda — plazmonskih resonatorjev.
Plazmoni se v zadnjih nekaj letih aktivno uporabljajo pri razvoju specifičnih optičnih naprav, vključno z ultra učinkovitimi sončnimi celicami, popolnoma ravnimi lečami in posebnim tiskarskim črnilom z ločljivostjo, ki je večkrat večja od občutljivosti naših oči. Plazmonski resonatorji so posebne strukture, ki lahko absorbirajo in oddajajo energijo v obliki svetlobnih valov in v obliki drugih oblik elektromagnetnega sevanja.
Danes že obstajajo radioizotopski viri energije, ki pretvarjajo energijo razpada atomov v elektriko, vendar se to ne dogaja direktno, temveč skozi verigo vmesnih fizikalnih interakcij.
Tablete radioaktivnih snovi najprej segrejejo telo posode, v kateri so, nato pa se ta toplota s pomočjo termočlenov pretvori v električno energijo.
Na vsaki stopnji pretvorbe se izgubi ogromna količina energije; od tega učinkovitost takih radioizotopskih baterij ne presega 7 %. Betavoltica se že dolgo ne uporablja v praksi zaradi zelo hitrega uničenja delov baterije zaradi sevanja.
Raziskave so pokazale, da lahko te razpadle dele vodnih molekul uporabimo za neposredno črpanje energije, ki jo absorbirajo kot posledico trkov z beta delci.
Da bi vodna jedrska baterija delovala, je potrebna posebna struktura več sto mikroskopskih kolon titanovega oksida, prekritih s platinastim filmom, ki je po obliki podoben glavniku. V njegovih zobcih in na površini platinaste lupine je veliko mikropor, skozi katere lahko navedeni produkti razgradnje vode prodrejo v napravo. Torej med delovanjem baterije v "glavniku" potekajo številne kemične reakcije - pride do razgradnje in tvorbe molekul vode, medtem ko nastanejo in se ujamejo prosti elektroni.
Energijo, ki se sprosti med vsemi temi reakcijami, absorbirajo »igle« in jo pretvorijo v elektriko. Zaradi plazmonov, ki se pojavljajo na površini stebrov in imajo posebne fizikalne lastnosti, doseže takšna vodno-jedrska baterija največji izkoristek, ki lahko znaša 54%, kar je skoraj desetkrat več od klasičnih radioizotopskih tokovnih virov.
Tu uporabljeno ionsko raztopino je zelo težko zamrzniti tudi pri dovolj nizkih temperaturah okolice, kar omogoča uporabo baterij, izdelanih z novo tehnologijo, za napajanje električnih vozil, če so pravilno zapakirane, tudi v vesoljskih plovilih za različne namene.
Razpolovna doba radioaktivnega stroncija-90 je približno 28 let, zato lahko jedrska baterija Kwona in Kima deluje brez znatne izgube energije več desetletij, z zmanjšanjem moči le za 2 % na leto.Znanstveniki pravijo, da takšni parametri odpirajo jasno možnost za vseprisotnost električnih vozil.