Baterías de nano-diamante: Energía ecológica de alto rendimiento para todos los dispositivos

La vida moderna depende fuertemente de dispositivos móviles alimentados por batería que afectan aspectos diarios de nuestras vidas, desde dispositivos de telecomunicación hasta vehículos de transporte. Hay una demanda creciente de baterías eficientes y rentables. Las baterías convencionales han estado plagadas de numerosas preocupaciones y en la era de creciente conciencia sobre calentamiento global y acumulación de desechos, la producción debe estar en línea con principios y procesos de desarrollo sostenible.

La Batería de Nano-Diamante (NDB) es una batería voltaica alfa, beta y neutrónica de alto poder, basada en diamante, que puede proporcionar energía de por vida y verde para numerosas aplicaciones y superar limitaciones de baterías químicas existentes. La NDB actúa como un pequeño generador nuclear. La fuente de energía para la NDB son radioisótopos de nivel intermedio y alto que están blindados para seguridad por múltiples niveles de diamante sintético. La energía es absorbida en el diamante a través de un proceso llamado dispersión inelástica, que se usa para generar electricidad. El proceso de auto-carga proporcionará una carga para la vida completa de cualquier dispositivo o máquina, con hasta 28,000 años de vida de batería.

Dado que la batería es auto-recargable y solo requiere exposición al aire natural, cualquier carga excedente puede almacenarse en capacitores, supercapacitores y celdas secundarias para extender la vida de la batería para teléfonos celulares, aeronaves, cohetes, vehículos eléctricos, sensores y otros dispositivos y maquinaria.

Tecnologías del Sistema

Tecnología Voltaica Nuclear 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 se conectan juntas a través de canales conductivos que son fabricados por deposición de Ni en el lado del DNV para crear un contacto +ve y -ve del sistema de batería, que se llama pilas DNV. Entre estos están radioisótopos que, al decaer, liberarán radiación alfa, beta o neutrónica. Esta es luego dispersada inelásticamente en el diamante monocristalino (SCD) para generar cargas que son recolectadas por los colectores de carga.

Cada capa de la pila DNV consiste en 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 — Todos los radioisótopos son conocidos por producir altas cantidades de calor. La colocación estratégica de la fuente entre las unidades DNV facilita la dispersión inelástica originada debido a la presencia de SCD en la unidad DNV. Este diseño previene la auto-absorción de calor por el radioisótopo y permite conversión rápida a electricidad utilizable.

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

Proceso de reciclaje nuclear — Los desechos radiactivos son reprocesados y reciclados para habilitar sostenibilidad y promover una fuente de energía limpia en un ambiente seguro y seguro.

Características de Seguridad

Innovaciones clave de NDB son características de seguridad sofisticadas cubriendo seguridad térmica, mecánica y de radiación.

Encapsulador de diamante — La seguridad de radiación se logra a través de la encapsulación del DNV usando un encapsulador de diamante que contiene la radiación dentro del dispositivo. Las pilas DNV, junto con la fuente, son recubiertas con una capa de diamante policristalino, que es conocido por ser el material más conductivo térmicamente y tiene la capacidad de contener la radiación dentro del dispositivo. También es 12 veces más resistente que el acero inoxidable, haciendo la batería dura y a prueba de manipulaciones.

Las nanocapas están hechas de cromo y plomo en una estructura "agujero y tapa" que captura radiación del DNV. El agujero actúa como canal de conducción térmica que conduce calor a la porción externa del encapsulador. Mientras la tapa captura la radiación que sale del agujero construido en el componente encapsulador de diamante de NDB, puede absorber y contener radiación secundaria así como radiación primaria cerca de niveles de radiación de fondo.

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

SCD dopado con boro — Para utilizar cada aspecto en el sistema, NDB — además de alfa y beta — también incorpora el uso de radiación neutrónica con dopaje de boro-10. El dopaje ayuda a convertir el neutrón extra en rayo alfa.

Sistema de bloqueo — Usar una fuente de energía nuclear para un sistema de batería plantea la cuestión de proliferación nuclear debido a producción de isótopos fisionables como Pu-238 y U-232. Para abordar este problema, NDB usa un mecanismo de implante iónico, llamado "sistema de bloqueo", que previene uso distinto a generación de energía. Esto aumenta la usabilidad al cumplir requisitos de seguridad del consumidor.

Aplicaciones

Automotriz — Los vehículos eléctricos han sido fuertemente promovidos por varios gobiernos y como tal, es uno de los campos de más rápido crecimiento en años recientes. Naturalmente, su componente clave — la batería que impulsa el vehículo — también ha sido fuertemente desarrollado. Como solución de batería, NDB alimenta los aspectos tradicionales del auto así como los motores. Lo que es quizás más interesante es que innovaciones como displays heads-up, realidad aumentada, auto-conducción y IA a bordo también podrían ser soportadas usando NDB.

NDB podría usarse durante el día para alimentar el auto; por la noche cuando el auto está estacionado, el VE alimentado por NDB podría enchufarse a una casa donde la carga generada podría entonces alimentar la casa y cualquier exceso podría venderse a la red. Esto efectivamente significa que la red nacional está crowdsourcing electricidad, aliviando la demanda aumentada de electricidad que viene con la tasa de adopción aumentada de VEs.

Aeroespacial — El mercado de aviación es vasto y muchos de los avances tecnológicos vienen de la revolución digital. Algunos ejemplos de uso de NDB incluyen asegurar energía esencial a áreas como la cabina para mejorar seguridad aérea y alimentar la caja negra para ayudar en salvamento 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 se volverá inaccesible una vez que se agote la carga de la batería. NDB podrá aumentar la vida de la batería de la caja negra, permitiendo a los equipos de búsqueda una mayor oportunidad de salvamento.

Avances recientes en tecnología espacial y el auge de aeronaves eléctricas han llevado a demanda creciente en sus sistemas de batería, obstaculizada por preocupaciones sobre longevidad y seguridad. Satélites y vehículos espaciales dependen fuertemente de energía solar, que puede ser interrumpida por ambientes espaciales hostiles. NDB puede utilizarse para alimentar drones, aeronaves eléctricas, satélites, rovers espaciales, trajes espaciales y estaciones mientras permite actividad más larga.

Tecnología Médica — Dispositivos médicos in-situ e implantables como audífonos y marcapasos pueden beneficiarse de larga vida de batería en un paquete más pequeño con el beneficio agregado de 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 absorbedor de radiación nativo integrado en su estructura, previene fuga de radiación de dispositivos implantables.

Industrial — La seguridad, salida de potencia y universalidad de NDB proporcionan energía a muchas aplicaciones rutinarias y a aquellas que son difíciles de implementar. Centros de datos, ubicaciones remotas y aplicaciones de ambientes hostiles de NDB lo hacen una promesa sobresaliente para productividad y aplicaciones futuristas.

Un defecto del Internet de las Cosas (IoT) está en los dispositivos físicos mismos. Dado que cada función (como iluminación) necesitará sensores y receptores de conectividad Wi-Fi, inevitablemente necesitarán electricidad. Tradicionalmente, esto ha sido satisfecho por el uso de baterías y cableado eléctrico directo pero en cualquier caso, hay limitaciones — las baterías se agotarán y los cables requieren un electricista para instalar, lo cual podría ser inconveniente. Si se usara un NDB, los dispositivos IoT serían totalmente inalámbricos y podrían colocarse en cualquier lugar sin necesidad de preocuparse por el agotamiento de la batería.

Conclusión

NDB es verde ya que no tiene emisiones, es inerte al ambiente y no requiere minería de cobalto. NDB es una alternativa más densa en energía, más duradera e independiente del clima a fuentes de energía tradicionales. Los valores agregados son falta de subproductos dañinos y reciclaje de desechos nucleares.

La tecnología tiene el potencial de reemplazar otras fuentes de energía como gasolina y baterías de iones de litio, reduciendo sus impactos ambientales negativos causados por emisiones y productos de desecho de metales tóxicos.

Otra tendencia es la escasez de cobalto, un componente crucial de baterías Li-ion. Dado que 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 más importantes recientes es el aumento repentino en la demanda de vehículos eléctricos. Gobiernos alrededor del mundo están trabajando para cambiar vehículos de combustibles fósiles a vehículos eléctricos — un mercado que es un ajuste natural para NDBs.

Este artículo fue contribuido por Dr. Nima Golsharifi, Director Ejecutivo de NDB (San Francisco, CA). Para más información, visite .