Hvordan atomavfall og diamanter kan spare smarttelefonbatterier

Science fiction har blitt virkelighet ettersom vi har telefoner som fungerer som små datamaskiner i lommen. Men selv når teknologien skrider frem, holdes vi tilbake av kraftkilden bak teknologien, noe som begrenser fordelene disse enhetene representerer. Fra det øyeblikket vi slår på en enhet, tikker klokken ettersom batteriet degraderes og mister kapasitet. På daglig basis er det vanskelig å sørge for at et batteri er ladet og klart til bruk, og vi glemmer alle å koble det til over natten fra tid til annen.

For meg, som innholdsskaper og med kameraer, droner, tabletter, mikrofoner og andre enheter for å holde ladet, kan det bli litt av en jobb å sikre at all elektronikken min fungerer når jeg trenger den. For å gjøre vondt verre, i mange telefoner og andre mobile enheter er det vanskelig eller rett og slett umulig å bytte batteri. Men en løsning er i horisonten. En dag snart kommer en batterirevolusjon med en usannsynlig kombinasjon av atomavfall og diamanter.

Hvorfor dagens telefonbatterier er et problem

Fra begynnelsen til slutten av elektronikkens livssyklus utgjør batterier mange problemer. Utvinning av litium og andre komponenter i batteriene vi bruker for øyeblikket er en skitten, destruktiv virksomhet - det samme er foredlingen av disse sjeldne materialene. Etter hvert som etterspørselen øker, vil disse konsekvensene ramme flere og flere av våre ville landskap med potensielt katastrofale konsekvenser.

Når batteriene våre dør, strømmer de og enhetene de ofte ende opp med å råtne på søppelfyllinger. Noen ganger sendes elektronisk avfallet vårt til utlandet, hvor det så ufagmessig berges eller brennes, og havner i luften og vannet. Bare en liten prosentandel av den kasserte elektronikken vår blir faktisk, ansvarlig, resirkulert. Hvis bare batterier ikke brytes ned så raskt, kan slikt avfall reduseres dramatisk.

Hvordan kjernefysisk teknologi kan være vår løsning

Av all den lovende nye batteriteknologien som det jobbes med i dag, må det mest spennende være atombatterier. Ikke bare ville slike batterier potensielt vare dusinvis, hundrevis eller til og med tusenvis av år, men de ville også generere sin egen kraft fra stråling. I en ikke så fjern fremtid kan det hende at batteriene våre ikke bare varer lenger enn telefonene våre og muligens overskrider vår egen levetid mange ganger, men de trenger aldri å lades.

Som om konseptet atombatterier kunne ikke høres galere ut, de som en dag kan finne veien inn i telefonene og bilene våre, ville faktisk være laget av kunstige nanodiamanter. Å kalle vitenskapen bak disse nanodiamantbatteriene kompleks er en underdrivelse. I hovedsak, på enklest mulig måte, utvinnes radioaktive elementer fra atomavfall og innkapsles i diamanter ved hjelp av kjemisk dampavsetning. Diamanten fungerer da som en transduser for å transformere strålingen til elektrisitet.

I tillegg til lang levetid og selvladende evne, ville atombatterier revolusjonere smarttelefondesign. De ville lage ladeporter unødvendig, slik at telefoner kan være fullstendig vanntett og gjøres mye tøffere enn noen gang før. Det er også tenkelig, ettersom kunstige diamanter blir billigere å produsere, at telefonene våre snart kan bli diamantbelagte og dermed praktisk talt uforgjengelige.

Utover telefoner kan disse atombatteriene potensielt drive alle elektroniske enheter vi bruker i dag. Fra smartklokker og øreplugger til biler, droner og til og med roboter. Når du begynner å tenke på det, innser du at nanodiamantbatterier har potensial til å forandre mange aspekter ved teknologien vår som holdes tilbake av begrensningene til vårt nåværende, dypt defekte batteri design.

Selskapet prøver å gjøre atombatterier til en realitet

Et av de ledende selskapene som utvikler denne teknologien er NDB, et akronym som står for "Nano Diamond Batteries." Med ordene til NDB-sjef Dr. Nima Golsharifi, da han ble intervjuet for en episode av Energy Cast podcast: «Snakker man metaforisk, ligner det på solcellepaneler; Forskjellen er at NDB genererer elektrisitet ved å bruke strålingen fra radioaktive materialer i stedet for sollys.

Diamantbatterier er også en mulig løsning på de lenge forsømte problemene rundt deponering av avfall fra kjernefysiske fisjonskraftverk. Enorme mengder av dette svært farlige materialet finnes over hele verden, og lagring eller avhending av det er utrolig dyrt. Dette avfallet er imidlertid også rikt på energi, og det er det som driver atombatteriene NDB utvikler.

Som Dr. Golsharifi uttrykker det: «NDB-løsninger, og formålet med selskapet vårt, er å gjøre god bruk av disse biproduktene og løse problemene med atomavfall, og på sin side hjelpe miljøet ved å fremme atomenergien som er en ren kilde, og på sin side støtte samfunnet ved å lage en slags sirkulær økonomi."

Selvfølgelig er et logisk spørsmål du godt kan stille om disse batteriene er trygge eller ikke. Det er et stigma rundt alt som har med atomkraft å gjøre, som er en potensiell veisperring for å ta i bruk denne teknologien, men Dr. Golsharifi mener at denne frykten kan overvinnes gjennom utdanning: «Ikke mange vet at de fleste røykvarslere inneholder radioaktive materiale; likevel har de dem hjemme uten problemer.»

Strålingen fra atombatterier er trygt innelåst i disse små diamantene. "Vi har et transduserlåsesystem som forhindrer at isotopen blir tilgjengelig i bulk og brukes til andre formål enn NDBs strømkilde. Vi gjør dette spesifikt ved ioneimplantasjon av radioisotoper i nanoskala i strukturen vår, og dette lar oss møte ulike krav til forbrukersikkerhet, forklarer Dr. Golsharifi.

NDB har lagt ned omfattende forskning på å sikre at batteriene deres er trygge nok til å brukes i produkter som telefoner og biler. På mange måter produserer ikke NDB-batterier utslipp eller skadelig stråling. Atombatterier sammensatt av nesten uforgjengelige diamanter er sannsynligvis tryggere enn litium-ion-batterier, som har vært kjent for å eksplodere og ta fyr.

Et annet relevant spørsmål er kostnadene. Tross alt snakker vi om et produkt som er laget av både diamanter og kjernefysiske materialer. Men kostnadene faller allerede, fra 2,4 millioner dollar per kilo helt ned til 40 000 dollar i 2018 (ifølge Dr. Golsharifi). NDB forventer at prisen vil falle ytterligere med masseproduksjon, som begynner med å være dyrere enn litium-ion og synke over tid, for til slutt å bli konkurransedyktig priset med litium-ion.

Selv om de i utgangspunktet er dyrere enn tradisjonelle batterier, ville du ikke være villig til å betale ekstra for en telefon du aldri trenger å lade? En bil som aldri trenger å fylles på? Enheter som ikke bare aldri blir tørr, men som selger juicen tilbake til nettet, eller senker strømregningen hjemme?

Nanodiamond-batterier trenger aldri å lades, varer lenger enn enhetene de vil drive, er trygge for bruk i forbrukerprodukter, og vil bidra til å håndtere det eldgamle spørsmålet om hva vi skal gjøre med vårt atomkraftverk Avfall.

Kjernefysiske gadgets kommer i 2023

Så når kan vi forvente å se atombatterier komme på markedet? NDB har allerede gjennomført proof of concept-tester og har til hensikt å ha et fungerende produkt klart innen 2023. Arkenlight, et annet nanodiamond-batteriselskap, har allerede laveffekts atombatterier i drift i overvåkingsutstyr i Stromboli-vulkanen og et atomavfallssted i Storbritannia. Det vil være litt lenger i fremtiden før de første nanodiamond-batteriene kommer inn i smarttelefonene våre, og sannsynligvis mye lenger før de driver bilene våre.

Selv om vi ender opp med å vente fem til ti år på at denne teknologien skal bli vanlig, er det slett ikke tid for et slikt revolusjonerende fremskritt. Selvfølgelig er det også verdt å erkjenne hvor uforutsigbar blødende teknologi som dette kan være. Men gitt at vitenskapen bak det er god, og at mindre implementeringer av disse batteriene allerede er ute i felten ser jeg en god grunn til å være optimistisk at en dag snart vil batteriene våre vare lenger enn våre telefoner, og trenger aldri å lades opp.