La batería de nanodiamante brinda aplicabilidad universal

La vida moderna depende en gran medida de los dispositivos móviles alimentados por batería que afectan aspectos cotidianos de nuestra vida, desde dispositivos de telecomunicaciones hasta vehículos de transporte. Existe una creciente demanda de baterías eficientes y rentables. Las baterías convencionales han estado plagadas de numerosas preocupaciones y en la era de una mayor conciencia sobre el calentamiento global y la acumulación de desechos, la producción debe estar en línea con los principios y procesos de desarrollo sostenible.

La batería Nano Diamond (NDB) es una batería voltaica alfa, beta y de neutrones basada en diamante de alta potencia que puede proporcionar energía verde y de por vida para numerosas aplicaciones y superar las limitaciones de las baterías químicas existentes. El NDB actúa como un diminuto generador nuclear. La fuente de energía para el NDB son isótopos de radio de nivel intermedio y alto que están protegidos por seguridad por múltiples niveles de diamante sintético. La energía se absorbe en el diamante a través de un proceso llamado dispersión inelástica, que se utiliza para generar electricidad. El proceso de autocarga proporcionará una carga durante toda la vida útil de cualquier dispositivo o máquina, con hasta 28 000 años de duración de la batería.

Dado que la batería se carga automáticamente y solo requiere exposición al aire natural, cualquier exceso de carga se puede almacenar en capacitores, supercapacitores y celdas secundarias para extender la vida útil de la batería para teléfonos celulares, aeronaves, cohetes, vehículos eléctricos, sensores y otros dispositivos y maquinaria. .

Tecnologías del sistema

Tecnología nuclear voltaica de diamante (DNV) — Como dispositivo, DNV es una combinación de semiconductor, metal y cerámica que tiene dos superficies de contacto para facilitar la recolección de carga. Varias unidades individuales están conectadas entre sí a través de canales conductores que se fabrican mediante la deposición de Ni en el lado de la DNV para crear un contacto +ve y -ve del sistema de batería, que se denomina pilas DNV. Entre estos hay radioisótopos que, al desintegrarse, liberarán una radiación alfa, beta o de neutrones. Luego, esto se dispersa de manera inelástica en el diamante monocristalino (SCD) para generar cargas que son recolectadas por los colectores de carga.

Cada capa de la pila DNV consta de una fuente de salida de alta energía. Este tipo de arreglo mejora la eficiencia general del sistema y proporciona un escudo de seguridad multicapa para el producto.

Conversión rápida de radiación a electricidad — Se sabe que todos los radioisótopos producen grandes cantidades de calor. La ubicación estratégica de la fuente entre las unidades DNV facilita la dispersión inelástica originada por la presencia de SCD en la unidad DNV. Este diseño evita la autoabsorción de calor por parte del radioisótopo y permite una conversión rápida en electricidad utilizable.

Estructura de película delgada — El perfil de película delgada exhibido por NDB permite la absorción de radiación en el SCD con una autoadsorción mínima. Debido a su estructura de diseño flexible, esta tecnología puede tomar cualquier forma y forma de acuerdo con la aplicación. El NDB se puede hacer tan grande como lo requiera la aplicación, donde el límite de tamaño mínimo es de 40 μm.

Proceso de reciclaje nuclear — Los desechos radiactivos se reprocesan y reciclan para permitir la sostenibilidad y promover una fuente de energía limpia en un entorno seguro.

Características de seguridad

Las innovaciones clave de NDB son características de seguridad sofisticadas que cubren seguridad térmica, mecánica y de radiación.

Encapsulador de diamantes — La seguridad frente a la radiación se logra mediante el encapsulado de la DNV utilizando un encapsulador de diamante que contiene la radiación dentro del dispositivo. Las pilas de DNV, junto con la fuente, están recubiertas con una capa de diamante policristalino, que es conocido por ser el material con mayor conductividad térmica y tiene la capacidad de contener la radiación dentro del dispositivo. También es 12 veces más resistente que el acero inoxidable, lo que hace que la batería sea resistente e inviolable.

Las nanocapas están hechas de cromo y plomo en una estructura de "agujero y tapa" que captura la radiación del DNV. El orificio actúa como un canal de conducción térmica que conduce el calor a la parte exterior del encapsulador. Si bien la tapa captura la radiación que sale del orificio integrado en el componente del encapsulador de diamante de NDB, puede absorber y contener la radiación secundaria, así como la radiación primaria cercana a los niveles de radiación de fondo.

Ventilaciones térmicas integradas — La fuente de alta energía presente en el sistema de batería produce calor durante el funcionamiento. Esto conduce a la conducción térmica en el sistema. Las rejillas de ventilación térmicas del sistema ayudan a realizar este proceso con respecto a la superficie exterior del diamante para mantener los interiores en un nivel óptimo.

SCD dopado con boro — Para utilizar todos los aspectos del sistema, NDB, además de alfa y beta, también incorpora el uso de radiación de neutrones con dopaje de boro-10. El dopaje ayuda a convertir el neutrón extra en rayos alfa.

Sistema de bloqueo — El uso de una fuente de energía nuclear para un sistema de batería plantea la cuestión de la proliferación nuclear debido a la producción de isótopos fisionables como el Pu-238 y el U-232. Para abordar este problema, NDB utiliza un mecanismo de implantación de iones, llamado "sistema de bloqueo", que evita el uso que no sea la generación de energía. Esto aumenta la facilidad de uso al cumplir con los requisitos de seguridad del consumidor.

Aplicaciones

Automoción — Los vehículos eléctricos han sido fuertemente promovidos por varios gobiernos y, como tal, es uno de los campos de más rápido crecimiento en los últimos años. Naturalmente, su componente clave, la batería que impulsa el vehículo, también se ha desarrollado mucho. Como solución de batería, NDB alimenta tanto los aspectos tradicionales del automóvil como los motores. Lo que quizás sea lo más interesante es que las innovaciones como las pantallas de visualización frontal, la realidad aumentada, la conducción autónoma y la IA integrada también podrían ser compatibles con el NDB.

NDB podría usarse durante el día para alimentar el automóvil; por la noche, cuando el automóvil está estacionado, el EV alimentado por NDB podría conectarse a una casa donde la carga generada podría alimentar la casa y cualquier exceso podría venderse a la red. Esto significa efectivamente que la red nacional está colaborando con la electricidad, aliviando el aumento de la demanda de electricidad que viene con la mayor tasa de adopción de vehículos eléctricos.

Aeroespacial — El mercado de la aviación es amplio y muchos de los avances tecnológicos provienen de la revolución digital. Algunos ejemplos del uso de NDB incluyen asegurar la energía esencial en áreas como la cabina para mejorar la seguridad de las aerolíneas y la alimentación de la caja negra para ayudar en el rescate de aeronaves perdidas. La caja negra envía una señal periódicamente para transmitir su ubicación; sin embargo, la disponibilidad de la señal se basa en la batería que la alimenta. Actualmente, la limitación en la carga de la batería de la caja negra restringe el tiempo de búsqueda ya que la señal de ubicación dejará de estar disponible una vez que se agote la carga de la batería. NDB podrá aumentar la duración de la batería de la caja negra, lo que permitirá que el grupo de búsqueda tenga más posibilidades de recuperación.

Los avances recientes en la tecnología espacial y el auge de los aviones eléctricos han llevado a una mayor demanda de sus sistemas de baterías, obstaculizada por preocupaciones sobre la longevidad y la seguridad. Los satélites y los vehículos espaciales dependen en gran medida de la energía solar, que puede verse interrumpida por entornos espaciales hostiles. NDB se puede utilizar para alimentar drones, aeronaves eléctricas, satélites, vehículos espaciales, trajes espaciales y estaciones al tiempo que permite una actividad más prolongada.

Tecnología médica — Los dispositivos médicos e implantables in situ, como audífonos y marcapasos, pueden beneficiarse de una batería de larga duración en un paquete más pequeño con el beneficio adicional de la seguridad. Con NDB, los pacientes ya no tienen que preocuparse por recargar un marcapasos debido a su larga vida media. Dado que NDB tiene una capa de absorción de radiación nativa integrada en su estructura, evita la fuga de radiación de los dispositivos implantables.

Industriales — La seguridad, la potencia de salida y la universalidad de NDB brindan potencia a muchas aplicaciones de rutina y a aquellas que son difíciles de implementar. Los centros de datos, las ubicaciones remotas y las aplicaciones de entornos hostiles de NDB lo convierten en una excelente promesa para la productividad y las aplicaciones futuristas.

Una deficiencia del Internet de las cosas (IoT) está en los propios dispositivos físicos. Dado que cada función (como la iluminación) necesitará sensores y receptores de conectividad Wi-Fi, inevitablemente necesitarán electricidad. Tradicionalmente, esto se ha satisfecho mediante el uso de baterías y cableado eléctrico directo, pero en cualquier caso, existen limitaciones:las baterías se descargan y los cables requieren que un electricista los instale, lo que podría ser un inconveniente. Si se usara un NDB, los dispositivos IoT serían completamente inalámbricos y podrían colocarse en cualquier lugar sin preocuparse por el agotamiento de la batería.

Conclusión

NDB es verde ya que no tiene emisiones, es inerte para el medio ambiente y no requiere extracción de cobalto. NDB es una alternativa más densa en energía, más duradera e independiente del clima a las fuentes de energía tradicionales. Los valores añadidos son la ausencia de subproductos nocivos y el reciclaje de residuos nucleares.

La tecnología tiene el potencial de reemplazar otras fuentes de energía, como la gasolina y las baterías de iones de litio, reduciendo los impactos ambientales negativos causados ​​por las emisiones y los desechos metálicos tóxicos.

Otra tendencia es la escasez de cobalto, un componente crucial de las baterías de iones de litio. Dado que el NDB no contiene cobalto, es una solución que no se ve afectada por la escasez de suministro de su materia prima.

Finalmente, una de las tendencias recientes más importantes es el aumento repentino de la demanda de vehículos eléctricos. Los gobiernos de todo el mundo están trabajando para cambiar los vehículos que funcionan con combustibles fósiles a vehículos eléctricos, un mercado que encaja naturalmente con los NDB.

Este artículo fue una contribución de la Dra. Nima Golsharifi, directora ejecutiva de NDB (San Francisco, CA). Para obtener más información, visite aquí .