AtomInfo.Ru


Китай - никелевая батарейка

AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 13.01.2024

Китайская компания "Betavolt Technology" объявила о разработке компактной батарейки на основе никеля-63. Эта новость была с интересом встречена в мировых СМИ.

Батарейка BV100

Батарейка под названием BV100 состоит из слоёв с никелем-63, алмазных полупроводниковых преобразователей, подложки и защитной оболочки.

Конструкция батарейки модульная. Каждый модуль включает в себя два преобразователя и один слой никеля-63 толщиной 2 мкм.

В минимальном варианте размер модуля, как указано на сайте компании, составляет 3×3×0,03 мм. Сама батарейка больше. Так, размеры батарейки мощностью 100 мкВт и напряжением 3 В составляют 15×15×5 мм.

Коэффициент преобразования энергии в батарейке достигает 8,8%. На сайте китайской компании аккуратно написано, что использование никеля-63 более высокой чистоты позволит улучшить эту характеристику.

В 2025 году компания планирует представить батарейку на 1 Вт. Говорится также о намерениях приступить к серийному производству никелевых батареек.

Видеоролик с представлением батарейки - по этой ссылке.

Внешний вид батарейки BV100

Структура модулей батарейки BV100.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Изотоп никель-63

Изотоп никель-63 (63Ni) давно привлекает внимание инженеров как перспективный энергоисточник для атомных батареек.

Основные характеристики никеля-63 приведены ниже (здесь и далее данные, в основном, взяты из доклада на конференции NUCLEUS-2020, автор - В.А.Мазгунова):

• период полураспада 63Ni - 101,2 года;

• вид распада - бета-минус;

• удельная активность - 57 Ки/г;

• удельная мощность - 6,7 мВт/г;

• энергоёмкость - 3700 кВт×ч/кг;

• средняя энергия бета-частиц - 37 кэВ;

• максимальная энергия бета-частиц - 65 кэВ;

• химическая форма - металл.

Опасность никеля-63 для человека минимальна. Так, по данным на сайте Принстонского университета (США), максимальный пробег бета-частиц, испускаемых никелем-63, составляет 5 см в воздухе и менее 0,01 см в тканях.

Без каких-либо последствий для здоровья можно наблюдать точечный источник из никеля-63 с расстояния 10 см, экранировать его не потребуется. Впрочем, глотать или вдыхать чистый 63Ni университетский сайт всё же не рекомендует.

Никель-63 как источник

Для конструкторов неприятной особенностью 63Ni является сильное самопоглощение бета-излучения, поэтому в батарейках нужно использовать высокообогащённый никель-63.

Так, мощность батарейки при использовании обогащённого по изотопу 63 никеля будет почти в 50 раз меньше, чем мощность батарейки на 100% никеле-63.

В нейтронном потоке никель-63 можно нарабатывать различными реакциями на других изотопах никеля, меди и цинка. Наиболее перспективной является реакция захвата на изотопе 62Ni. Также возможно использование центрифужных методов разделения изотопов никеля.

Для обеспечения радиационной безопасности батареек на основе никеля-63 необходимо добиваться высокой степени очистки исходного сырья и готового продукта от гамма-излучающих примесей, в первую очередь, от кобальта-60.

Российский вариант

И раньше, и сейчас разработкой никелевых батареек занимаются во многих странах. Не останавливаясь на зарубежных проектах, отметим, что свои варианты предлагают и российские атомщики.

Так, на форуме "Атомэкспо-2017" посетителям был представлен макет компактного источника питания на основе никеля-63 (представляло НПО "Луч", разработчик - консорциум российских предприятий).

В источнике использовался никель, обогащённый до 20%, поэтому его мощность была невелика, порядка 1 мкВт. Переход на более высокие обогащения позволит резко поднять мощность источника и, что не менее важно, уменьшить его размеры.

В 2018 году на ЭХЗ было произведено обогащение газоцентрифужным методом никеля-63 до уровня более 69%, а также заявлены планы по выходу на уровень обогащения 80%.

Так что технологические возможности для наработки сырья для батареек у "Росатома" имеются.

Макет батарейки на никеле-63 на Атомэкспо-2017.
Фото: Игорь Балакин (AtomInfo.Ru).
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Вопрос цены

Логичный вопрос - если батарейки на никеле-63 настолько хороши, то почему нет их массового производства? Ответ нужно искать в экономике, причём в первую очередь в стоимости получения никеля-63.

В докладе В.А.Мазгуновой на NUCLEUS-2020 были приведены оценки затрат и реализуемости производства никеля-63 на различных реакторах.

Рассматривалось производство 100 г никеля-63, что должно хватить для 1000 атомных батарей мощностью 50 мкВт каждая (при к.п.д. 10%).

Самым дешёвым из проверенных и реализуемых вариантов оказалась наработка никеля-63 в реакторах РБМК. При этом оценка затрат на получение 100 г 63Ni составила 200 миллионов рублей.

Таким образом, цена одного только никеля-63 для одной батарейки в условиях массового производства составила бы, по данной оценке, 200 тысяч рублей.

Следует учесть, что приведённая цена может быть не актуальной, так как в докладе у неё стоит ссылка на отчёт ВНИПИЭТ от 2008 года.

Также следует принять во внимание, что скорость наработки никеля-63 в РБМК невысока, а наработка в специализированных исследовательских реакторах с высокой скоростью наработки обойдётся существенно дороже.

Возвращаясь к китайскому проекту, с которой началась статья, можно заключить, что батарейки на никеле-63 в обозримом будущем вряд ли станут, при таких ценах, доступными массовому покупателю.

В то же время никелевые батарейки могут найти свою нишу. Например, благодаря своей миниатюрности они могут оказаться полезными для космических исследований, так как цена доставки килограмма грузов в космос по-прежнему слишком велика.

Ключевые слова: Радиоизотопы, Китай, Статьи, Мнения


Другие новости:

Казатомпром ожидает корректировку производственного плана на 2024 год

Причины - нехватка серной кислоьы и задержки со строительством новых рудников.

В мире статус действующего имеют 412 блоков, статус строящегося 59 блоков - PRIS

В Китае строятся 23 блока.

ТВЭЛ - итоги 2023 года

В 2023 году Топливная компания Росатома "ТВЭЛ" выполнила все контрактные обязательства перед российскими и зарубежными заказчиками.

Герой дня

Китай - добро для очередных Драконов

Китай - добро для очередных Драконов

Таким образом, в общей сложности в 2023 году Госсовет КНР одобрил планы по строительству 10 атомных энергоблоков, из них восемь блоков с реакторами HPR-1000.



ИНТЕРВЬЮ

Чао Лю

Чао Лю
В ходе пленарного заседания конференции доктор Чао Лю из международной академии физики нейтронов выступил с докладом о работах, которые проводятся в Китае по направлению реакторов с тяжелометаллическими теплоносителями в рамках консорциума FDS.


МНЕНИЕ

AtomInfo.Ru

AtomInfo.Ru
Эти и другие результаты побудили коллектив китайских авторов из NPIC проанализировать возможные выигрыши от спектрального регулирования в ТЖМТ-реакторах. Авторы отметили, что для ТЖМТ-направления подобных анализов практически не проводилось.


Поиск по сайту: