Hur kärnavfall och diamanter kan spara smartphones batterier

Science fiction har blivit verklighet när vi bär telefoner som fungerar som små datorer i våra fickor. Men även när tekniken går framåt hålls vi tillbaka av kraftkällan bakom tekniken, vilket begränsar de fördelar som dessa enheter representerar. Från det ögonblick vi slår på en enhet tickar klockan eftersom batteriet försämras och tappar kapacitet. På en daglig basis är det ett besvär att se till att ett batteri är laddat och redo att användas, och vi glömmer alla att koppla in det över natten då och då.

För mig, som innehållsskapare och med kameror, drönare, tabletter, mikrofoner och andra enheter att hålla laddade, kan det bli ett jobbigt att se till att all min elektronik fungerar när jag behöver den. För att göra saken värre, i många telefoner och andra mobila enheter är det svårt eller rent av omöjligt att byta batteri. Men en lösning är i horisonten. En dag snart kommer en batterirevolution med en osannolik kombination av kärnavfall och diamanter.

Varför dagens telefonbatterier är ett problem

Från början till slutet av vår elektroniks livscykler utgör batterier många problem. Att bryta litium och andra komponenter i de batterier vi för närvarande använder är en smutsig, destruktiv verksamhet - liksom förfiningen av dessa sällsynta material. När efterfrågan ökar kommer dessa effekter att drabba fler och fler av våra vilda landskap med potentiellt katastrofala konsekvenser.

När våra batterier dör, strömförsörjs de och enheterna allt för ofta sluta ruttna på soptippar. Ibland transporteras vårt elektroniska avfall utomlands, där det sedan utan expertis bärgas eller bränns och hamnar i luften och vattnet. Endast en liten andel av vår kasserade elektronik återvinns faktiskt på ett ansvarsfullt sätt. Om bara batterier inte försämrades så snabbt, skulle sådant avfall kunna minska dramatiskt.

Hur kärnteknik kan vara vår lösning

Av all lovande ny batteriteknik som arbetas på idag, måste det mest spännande vara kärnkraftsbatterier. Inte bara skulle sådana batterier potentiellt hålla tiotals, hundratals eller till och med tusentals år, utan de skulle också generera sin egen kraft från strålning. I en inte så avlägsen framtid kanske våra batterier inte bara håller längre än våra telefoner och möjligen överskrider vår egen livslängd många gånger om, men de skulle aldrig behöva laddas om.

Som om begreppet kärnbatterier kunde inte låta galnare, de som en dag kan hitta in i våra telefoner och bilar skulle faktiskt vara gjorda av konstgjorda nanodiamanter. Att kalla vetenskapen bakom dessa nanodiamantbatterier komplex är en underdrift. I huvudsak, på enklast möjliga sätt, utvinns radioaktiva grundämnen från kärnavfall och innesluts i diamanter med hjälp av kemisk ångdeposition. Diamanten fungerar sedan som en givare för att omvandla strålningen till elektricitet.

Förutom lång livslängd och självladdningsförmåga skulle kärnkraftsbatterier revolutionera smarttelefondesignen. De skulle göra laddningsportar onödigt, så telefoner kunde vara helt vattentäta och göras mycket tuffare än någonsin tidigare. Det är också tänkbart, eftersom konstgjorda diamanter blir billigare att tillverka, att våra telefoner snart kan bli diamantbelagda och därmed praktiskt taget oförstörbara.

Utöver telefoner kan dessa kärnkraftsbatterier potentiellt driva alla elektroniska enheter vi använder idag. Från smarta klockor och öronsnäckor till bilar, drönare och till och med robotar. När du väl börjar tänka på det inser du att nanodiamantbatterier har potential att förändra många aspekter av vår teknik som hålls tillbaka av begränsningarna i vårt nuvarande, djupt defekta batteri design.

Företaget försöker göra kärnkraftsbatterier till verklighet

Ett av de ledande företagen som utvecklar denna teknik är NDB, en akronym som står för "Nano Diamond Batteries." Med ord av NDB: s VD Dr Nima Golsharifi, när han intervjuades för ett avsnitt av Energy Cast podcast: “Snackat metaforiskt, det liknar solpaneler; Skillnaden är att NDB genererar elektricitet med hjälp av strålningen från radioaktiva material istället för solljuset."

Diamantbatterier är också en möjlig lösning på de sedan länge försummade frågorna kring omhändertagande av avfall från kärnklyvningskraftverk. Enorma mängder av detta mycket farliga material finns över hela världen, och att lagra eller kassera det är otroligt dyrt. Men detta avfall är också rikt på energi, och det är det som driver kärnkraftsbatterierna som NDB utvecklar.

Som Dr. Golsharifi uttrycker det: "NDB-lösningar, och syftet med vårt företag, är att göra bra användning av dessa biprodukter och lösa kärnavfallsproblemen, och i sin tur hjälpa miljön genom att främja kärnkraften som är en ren källa, och i sin tur stödja samhället genom att skapa ett slags cirkulär ekonomi."

Naturligtvis är en logisk fråga du kan ställa om dessa batterier är säkra eller inte. Det finns ett stigma kring allt som har med kärnkraft att göra, vilket är en potentiell vägspärr för antagandet av denna teknik, men Dr. Golsharifi tror att denna rädsla kan övervinnas genom utbildning: ”Det är inte många som vet att de flesta rökdetektorer innehåller radioaktiva material; ändå har de dem hemma utan problem.”

Strålningen från kärnkraftsbatterier är säkert inlåst i dessa små diamanter. "Vi har ett transduktorlåssystem som förhindrar att isotopen nås i bulk och används för andra ändamål än NDB: s strömkälla. Vi gör detta specifikt genom jonimplantation av radioisotoper i nanoskala i vår struktur, och detta gör att vi kan möta olika konsumentsäkerhetskrav”, förklarar Dr. Golsharifi.

NDB har gjort omfattande forskning för att säkerställa att deras batterier är säkra nog att använda i produkter som telefoner och bilar. På många sätt producerar NDB-batterier inga emissioner eller skadlig strålning. Kärnbatterier som består av nästan oförstörbara diamanter är förmodligen säkrare än litiumjonbatterier, som har varit kända för att explodera och fatta eld.

En annan relevant fråga är kostnaden. När allt kommer omkring, vi pratar om en produkt som är gjord av både diamanter och kärnmaterial. Kostnaden sjunker dock redan, från 2,4 miljoner dollar per kilogram hela vägen ner till 40 000 dollar 2018 (enligt Dr. Golsharifi). NDB förväntar sig att priset kommer att sjunka ytterligare med massproduktion, som börjar bli dyrare än litiumjon och minskar över tiden, för att så småningom bli konkurrenskraftigt prissatt med litiumjon.

Även om de initialt är dyrare än traditionella batterier, skulle du inte vara villig att betala extra för en telefon behöver du aldrig ladda? En bil som aldrig behöver tankas? Enheter som inte bara aldrig blir torra, utan som säljer sin juice tillbaka till elnätet eller sänker elräkningen i ditt hem?

Nanodiamond-batterier behöver aldrig laddas om, håller längre än de enheter de skulle driva, är säkra för användning i konsumentprodukter, och skulle hjälpa till att hantera den urgamla frågan om vad vi ska göra med vår kärnkraft avfall.

Kärnkraftsprylar kommer 2023

Så när kan vi förvänta oss att se kärnkraftsbatterier komma ut på marknaden? NDB har redan genomfört proof of concept-tester och har för avsikt att ha en fungerande produkt klar till 2023. Arkenlight, ett annat nanodiamond-batteriföretag, har redan lågeffekts kärnkraftsbatterier i drift i övervakningsutrustning i Stromboli-vulkanen och en brittisk kärnavfallsplats. Det kommer att dröja lite längre i framtiden innan de första nanodiamantbatterierna kommer in i våra smartphones, och förmodligen mycket längre innan de driver våra bilar.

Även om vi i slutändan väntar fem till tio år på att denna teknik ska bli vardag, är det ingen tid alls för ett sådant revolutionerande framsteg. Naturligtvis är det också värt att erkänna hur oförutsägbar blödande teknik som denna kan vara. Men med tanke på att vetenskapen bakom det är sund, och att mindre implementeringar av dessa batterier redan är ute på fältet ser jag en god anledning att vara optimistisk att en dag snart kommer våra batterier att hålla längre än våra telefoner, och behöver aldrig laddas om.