Hoe kernafval en diamanten de batterijen van smartphones kunnen redden

Sciencefiction is werkelijkheid geworden nu we telefoons die als kleine computers fungeren in onze zakken dragen. Maar zelfs naarmate de technologie vordert, worden we tegengehouden door de krachtbron achter de technologie, waardoor de voordelen van deze apparaten worden beperkt. Vanaf het moment dat we een apparaat aanzetten, tikt de klok naarmate de batterij slechter wordt en capaciteit verliest. Het is dagelijks een hele klus om ervoor te zorgen dat een batterij is opgeladen en klaar is voor gebruik, en we vergeten allemaal wel eens om hem 's nachts aan te sluiten.

Voor mij, als contentmaker en met camera's, drones, tabletten, microfoons en andere apparaten die opgeladen moeten blijven, kan het een hele klus worden om ervoor te zorgen dat al mijn elektronica functioneert wanneer ik ze nodig heb. Tot overmaat van ramp is het vervangen van de batterij bij veel telefoons en andere mobiele apparaten lastig of zelfs onmogelijk. Maar er gloort een oplossing aan de horizon. Binnenkort zal er een batterijrevolutie plaatsvinden waarbij gebruik wordt gemaakt van een onwaarschijnlijke combinatie van kernafval en diamanten.

Waarom de huidige telefoonbatterijen een probleem zijn

Vanaf het begin tot het einde van de levenscyclus van onze elektronica zorgen batterijen voor veel problemen. Het delven van lithium en andere componenten van de batterijen die we momenteel gebruiken is een smerige, destructieve onderneming, net als de verfijning van deze zeldzame materialen. Naarmate de vraag toeneemt, zullen deze gevolgen steeds meer van onze wilde landschappen treffen, met mogelijk rampzalige gevolgen.

Zodra onze batterijen leeg zijn, worden zij en de apparaten die ze gebruiken maar al te vaak van stroom voorzien uiteindelijk rotten op stortplaatsen. Soms wordt ons elektronisch afval naar het buitenland verscheept, waar het vervolgens ondeskundig wordt geborgen of verbrand, en in de lucht en het water terechtkomt. Slechts een klein percentage van onze afgedankte elektronica wordt daadwerkelijk op verantwoorde wijze gerecycled. Als batterijen niet zo snel zouden verslechteren, zou dergelijk afval dramatisch kunnen worden verminderd.

Hoe nucleaire technologie onze oplossing zou kunnen zijn

Van alle veelbelovende nieuwe batterijtechnologie Waar momenteel aan wordt gewerkt, zijn kernbatterijen het meest opwindende. Niet alleen zouden dergelijke batterijen potentieel tientallen, honderden of zelfs duizenden jaren meegaan, maar ze zouden ook hun eigen energie opwekken uit straling. In de niet zo verre toekomst zullen onze batterijen misschien niet alleen langer meegaan dan onze telefoons en mogelijk vele malen langer meegaan dan onze eigen levensduur, maar zouden ze nooit meer hoeven te worden opgeladen.

Alsof het concept van nucleaire batterijen Het kan niet gekker klinken: de deeltjes die ooit in onze telefoons en auto's terecht zouden kunnen komen, zouden eigenlijk gemaakt zijn van kunstmatige nanodiamanten. Het is een understatement om de wetenschap achter deze nanodiamantbatterijen complex te noemen. In wezen worden, in de eenvoudigst mogelijke bewoordingen, radioactieve elementen uit kernafval gehaald en in diamanten ingekapseld met behulp van chemische dampafzetting. De diamant fungeert dan als een transducer om de straling in elektriciteit om te zetten.

Naast een lange levensduur en zelfopladend vermogen zouden nucleaire batterijen een revolutie teweegbrengen in het ontwerp van smartphones. Ze zouden maken oplaadpoorten onnodig, zodat telefoons volledig waterdicht konden worden gemaakt en veel steviger dan ooit tevoren konden worden gemaakt. Het is ook denkbaar dat, nu kunstmatige diamanten goedkoper te produceren zijn, onze telefoons binnenkort een diamantcoating zullen hebben en dus vrijwel onverwoestbaar zijn.

Naast telefoons kunnen deze nucleaire batterijen mogelijk elk elektronisch apparaat dat we vandaag de dag gebruiken van stroom voorzien. Van smartwatches en oordopjes tot auto's, drones en zelfs robots. Als je er eenmaal over nadenkt, besef je dat nanodiamantbatterijen het potentieel hebben om veel te veranderen aspecten van onze technologie die worden tegengehouden door de beperkingen van onze huidige, zeer gebrekkige batterij ontwerp.

Het bedrijf dat kernbatterijen werkelijkheid probeert te maken

Een van de toonaangevende bedrijven die deze technologie ontwikkelt is NDB, een acroniem dat staat voor ‘Nano Diamond Batteries’. In de woorden van NDB-CEO Dr. Nima Golsharifi, toen hij werd geïnterviewd voor een aflevering van de Energy Cast-podcast: “Metaforisch gesproken is het vergelijkbaar met zonnepanelen; het verschil is dat NDB elektriciteit opwekt met behulp van de straling van radioactieve materialen in plaats van zonlicht”

Diamantbatterijen zijn ook een mogelijke oplossing voor de lang verwaarloosde problemen rond de verwijdering van afval uit kernsplijtingscentrales. Over de hele wereld bestaan ​​enorme hoeveelheden van dit uiterst gevaarlijke materiaal, en het opslaan of afvoeren ervan is ongelooflijk duur. Dit afval is echter ook rijk aan energie, en het is de drijvende kracht achter de nucleaire batterijen die NDB aan het ontwikkelen is.

Zoals Dr. Golsharifi het stelt: “NDB-oplossingen, en het doel van ons bedrijf, is om goed gebruik te maken van deze bijproducten en de problemen met kernafval op te lossen, en help op zijn beurt het milieu door kernenergie te promoten, die een schone bron is, en steun op zijn beurt de samenleving door een soort circulaire economie te creëren. economie."

Een logische vraag die je misschien wel stelt, is natuurlijk of deze batterijen wel of niet veilig zijn. Er rust een stigma op alles wat met kernenergie te maken heeft, wat een potentiële wegversperring kan vormen voor de adoptie van deze technologie, maar Dr. Golsharifi gelooft dat deze angst kan worden overwonnen door middel van onderwijs: “Niet veel mensen weten dat de meeste rookmelders radioactieve stoffen bevatten materiaal; toch hebben ze ze zonder problemen in huis.”

De straling van kernbatterijen zit veilig opgesloten in die minuscule diamantjes. “We hebben een transducervergrendelingssysteem dat voorkomt dat de isotoop in bulk wordt benaderd en wordt gebruikt voor andere doeleinden dan de stroombron van de NDB. We doen dit specifiek door de ionenimplantatie op nanoschaal van radio-isotopen binnen onze structuur, en dit stelt ons in staat om aan verschillende consumentenveiligheidseisen te voldoen”, legt Dr. Golsharifi uit.

NDB heeft uitgebreid onderzoek gedaan om ervoor te zorgen dat hun batterijen veilig genoeg zijn voor gebruik in producten zoals telefoons en auto's. In veel opzichten produceren NDB-batterijen geen emissies of schadelijke straling. Nucleaire batterijen bestaande uit vrijwel onverwoestbare diamanten zijn waarschijnlijk veiliger dan lithium-ionbatterijen, waarvan bekend is dat ze exploderen en in brand vliegen.

Een andere relevante vraag zijn de kosten. We hebben het tenslotte over een product dat is gemaakt van zowel diamanten als nucleair materiaal. De kosten zijn echter al aan het dalen, van 2,4 miljoen dollar per kilogram tot 40.000 dollar in 2018 (volgens Dr. Golsharifi). NDB verwacht dat de prijs door de massaproductie nog verder zal dalen, aanvankelijk duurder zal zijn dan lithium-ion en in de loop van de tijd zal afnemen, om uiteindelijk concurrerend geprijsd te zijn met lithium-ion.

Zelfs als ze in eerste instantie duurder zijn dan traditionele batterijen, zou je dan niet bereid zijn extra te betalen voor een telefoon die je nooit hoeft op te laden? Een auto die nooit hoeft te tanken? Apparaten die niet alleen nooit droogvallen, maar die hun sap ook terugleveren aan het elektriciteitsnet, of de energierekening van uw huis verlagen?

Nanodiamantbatterijen hoeven nooit te worden opgeladen, gaan langer mee dan de apparaten die ze van stroom voorzien, zijn veilig voor gebruik in consumentenproducten, en zou helpen bij het oplossen van de eeuwenoude vraag wat we met onze kernenergie moeten doen afval.

Nucleaire gadgets komen in 2023

Dus wanneer kunnen we verwachten dat nucleaire batterijen op de markt komen? NDB heeft al proof-of-concept-tests uitgevoerd en is van plan om in 2023 een werkend product gereed te hebben. Arkenlicht, een ander bedrijf op het gebied van nanodiamantenbatterijen, heeft al kernbatterijen met laag vermogen in gebruik in monitoringapparatuur in de Stromboli-vulkaan en een Britse kernafvalsite. Het zal nog wat verder in de toekomst duren voordat de eerste nanodiamantbatterijen in onze smartphones terechtkomen, en waarschijnlijk nog veel langer voordat ze onze auto’s van stroom voorzien.

Zelfs als we vijf tot tien jaar moeten wachten voordat deze technologie gemeengoed wordt, is dat helemaal geen tijd voor een dergelijke revolutionaire vooruitgang. Natuurlijk is het ook de moeite waard om te erkennen hoe onvoorspelbaar, baanbrekende technologie als deze kan zijn. Echter, gezien het feit dat de wetenschap erachter gedegen is, en dat er al kleine implementaties van deze batterijen zijn Buiten in het veld zie ik een goede reden om optimistisch te zijn dat onze batterijen binnenkort langer meegaan dan de onze telefoons, en hoeft nooit meer te worden opgeladen.