Hvordan nukleart affald og diamanter kan spare smartphone-batterier

Science fiction er blevet til virkelighed, da vi har telefoner, der fungerer som små computere, i vores lommer. Men selvom teknologien udvikler sig, holdes vi tilbage af strømkilden bag teknologien, hvilket begrænser de fordele, disse enheder repræsenterer. Fra det øjeblik, vi tænder en enhed, tikker uret da batteriet nedbrydes og mister kapacitet. På daglig basis er det besværligt at sørge for, at et batteri er opladet og klar til brug, og vi glemmer alle at tilslutte det fra tid til anden.

For mig, som indholdsskaber og med kameraer, droner, tabletter, mikrofoner og andre enheder for at holde opladet, kan det blive noget af en opgave at sikre, at al min elektronik fungerer, når jeg har brug for dem. For at gøre ondt værre er det i mange telefoner og andre mobile enheder at udskifte batteriet svært eller direkte umuligt. Men en løsning er på vej. En dag snart vil en batterirevolution ankomme ved hjælp af en usandsynlig kombination af atomaffald og diamanter.

Hvorfor nutidens telefonbatterier er et problem

Fra begyndelsen til slutningen af ​​vores elektroniks livscyklus udgør batterier mange problemer. Minedrift af lithium og andre komponenter i de batterier, vi i øjeblikket bruger, er en beskidt, destruktiv forretning - ligesom raffinementet af disse sjældne materialer. I takt med at efterspørgslen stiger, vil disse påvirkninger ramme flere og flere af vores vilde landskaber med potentielt katastrofale konsekvenser.

Når først vores batterier dør, strømmer de og de enheder, de for ofte ender med at rådne på lossepladser. Nogle gange bliver vores elektroniske affald sendt til udlandet, hvor det så ufaglært bliver reddet eller brændt og ender i luften og vandet. Kun en lille procentdel af vores kasserede elektronik bliver faktisk, ansvarligt, genbrugt. Hvis bare batterier ikke blev nedbrudt så hurtigt, kunne sådant spild reduceres dramatisk.

Hvordan nuklear teknologi kunne være vores løsning

Af al den lovende nye batteriteknologi der arbejdes på i dag, må det mest spændende være atombatterier. Ikke alene ville sådanne batterier potentielt holde snesevis, hundreder eller endda tusinder af år, men de ville også generere deres egen strøm fra stråling. I en ikke så fjern fremtid vil vores batterier måske ikke kun holde længere end vores telefoner og muligvis overskride vores egen levetid mange gange, men de behøver aldrig at blive genopladet.

Som om begrebet atombatterier kunne ikke lyde mere skøre, dem, der måske en dag finder vej ind i vores telefoner og biler, ville faktisk være lavet af kunstige nanodiamanter. At kalde videnskaben bag disse nanodiamantbatterier kompleks er en underdrivelse. I det væsentlige, på de enklest mulige vilkår, udvindes radioaktive grundstoffer fra atomaffald og indkapsles i diamanter ved hjælp af kemisk dampaflejring. Diamanten fungerer derefter som en transducer til at omdanne strålingen til elektricitet.

Ud over lang levetid og selvopladningsevne ville atombatterier revolutionere smartphone-design. De ville lave ladeporte unødvendigt, så telefoner kunne være fuldt vandtætte og gøres meget hårdere end nogensinde før. Det er også tænkeligt, da kunstige diamanter bliver billigere at producere, at vores telefoner snart kan være diamantbelagte og dermed praktisk talt uopslidelige.

Ud over telefoner kan disse nukleare batterier potentielt drive enhver elektronisk enhed, vi bruger i dag. Fra smartwatches og øretelefoner til biler, droner og endda robotter. Når du begynder at tænke over det, indser du, at nanodiamant-batterier har potentialet til at ændre mange aspekter af vores teknologi, der holdes tilbage af begrænsningerne i vores nuværende, dybt defekte batteri design.

Virksomheden forsøger at gøre atombatterier til en realitet

En af de førende virksomheder, der udvikler denne teknologi er NDB, et akronym, der står for "Nano Diamond Batteries." Med NDBs administrerende direktør Dr. Nima Golsharifis ord, da han blev interviewet til en episode af Energy Cast podcast: “Skal man metaforisk ligner det solpaneler; forskellen er, at NDB genererer elektricitet ved at bruge strålingen fra radioaktive materialer i stedet for sollys."

Diamantbatterier er også en mulig løsning på de længe oversete problemer omkring bortskaffelse af affald fra atomfissionskraftværker. Enorme mængder af dette meget farlige materiale findes over hele verden, og opbevaring eller bortskaffelse af det er utroligt dyrt. Men dette affald er også rigt på energi, og det er det, der driver de nukleare batterier, som NDB udvikler.

Som Dr. Golsharifi udtrykker det: "NDB-løsninger og formålet med vores virksomhed er at gøre god brug af disse biprodukter og løse problemerne med nukleart affald, og til gengæld hjælpe miljøet ved at fremme atomenergien, som er en ren kilde, og til gengæld støtte samfundet ved at skabe en slags cirkulær økonomi."

Selvfølgelig er et logisk spørgsmål, du godt kunne stille om disse batterier er sikre eller ej. Der er et stigma omkring alt, der har med atomkraft at gøre, hvilket er en potentiel vejspærring for vedtagelsen af ​​denne teknologi, men Dr. Golsharifi mener, at denne frygt kan overvindes gennem uddannelse: "Der er ikke mange, der ved, at de fleste røgdetektorer indeholder radioaktive materiale; stadig har de dem derhjemme uden problemer."

Strålingen fra atombatterier er sikkert låst inde i de små diamanter. "Vi har et transducerlåsesystem, som forhindrer, at isotopen bliver tilgået i bulk og bruges til andre formål end NDB's strømkilde. Det gør vi specifikt ved ionimplantation af radioisotoper på nanoskala i vores struktur, og dette giver os mulighed for at opfylde forskellige forbrugersikkerhedskrav,” forklarer Dr. Golsharifi.

NDB har sat omfattende forskning i at sikre, at deres batterier er sikre nok til at bruge i produkter som telefoner og biler. På mange måder producerer NDB-batterier ikke emissioner eller skadelig stråling. Atombatterier sammensat af næsten uforgængelige diamanter er sandsynligvis sikrere end lithium-ion-batterier, som har været kendt for at eksplodere og antænde.

Et andet relevant spørgsmål er omkostningerne. Vi taler trods alt om et produkt, der er lavet af både diamanter og nukleare materialer. Omkostningerne er dog allerede faldende, fra 2,4 millioner dollars per kilogram helt ned til 40.000 dollars i 2018 (ifølge Dr. Golsharifi). NDB forventer, at prisen vil falde yderligere med masseproduktion, som starter med at være dyrere end lithium-ion og faldende over tid, for til sidst at være konkurrencedygtig prissat med lithium-ion.

Selvom de i starten er dyrere end traditionelle batterier, ville du ikke være villig til at betale ekstra for en telefon, du aldrig behøver at genoplade? En bil, der aldrig skal tankes? Enheder, der ikke kun aldrig løber tør, men som sælger deres juice tilbage til nettet eller sænker dit hjems strømregning?

Nanodiamond-batterier behøver aldrig at blive genopladet, holder længere end de enheder, de ville drive, er sikre til brug i forbrugerprodukter og vil hjælpe med at håndtere det ældgamle spørgsmål om, hvad vi skal gøre med vores atomkraft spild.

Nukleare gadgets kommer i 2023

Så hvornår kan vi forvente at se nukleare batterier komme på markedet? NDB har allerede gennemført proof of concept-tests og har til hensigt at have et fungerende produkt klar i 2023. Arkenlight, et andet nanodiamant-batterifirma, har allerede laveffekt atombatterier i drift i overvågningsudstyr i Stromboli-vulkanen og en britisk atomaffaldsplads. Der vil gå lidt længere i fremtiden, før de første nanodiamant-batterier kommer ind på vores smartphones, og sandsynligvis meget længere, før de driver vores biler.

Selvom vi ender med at vente fem til 10 år på, at denne teknologi bliver almindelig, er det slet ikke tid til sådan et revolutionerende fremskridt. Det er selvfølgelig også værd at erkende, hvor uforudsigelig blødende teknologi som denne kan være. Men i betragtning af at videnskaben bag det er sund, og at mindre implementeringer af disse batterier allerede er ude i marken ser jeg en god grund til at være optimistisk, at vores batterier snart vil holde længere end vores telefoner, og behøver aldrig at blive genopladet.