پژوهشگران دانشگاه نرمال شمال غربی (NWNU) به همراه متخصصان شرکت فناوری Gansu Zhulong در چین، موفق به ساخت نسل جدیدی از باتریهای هستهای با استفاده از ایزوتوپ کربن-۱۴ و یک مبدل سیلیکون کارباید (SiC) شدهاند. این باتری هستهای جدید که بهصورت کاملاً بومی در داخل این کشور توسعه یافته، در مقایسه با نسل قبلی خود پیشرفت چشمگیری در زمینه ظرفیت داشته است؛ علاوهبراین، از آنجایی که نیمهعمر کربن ۵۷۳۰ سال است، این باتری هستهای طول عمری معادل هزاران سال خواهد داشت و میتواند برای مدتی طولانی انرژی مورد نیاز تجهیزات را تأمین کند.
تیم تحقیقاتی دانشگاه نرمال شمال غربی پیش از این در سال ۲۰۲۴ یک باتری هستهای کربن-۱۴ ساخته و آن را «شمع اژدها-۱» یا Zhulong-1 نامگذاری کرده بود. نسل جدید این باتری که «Qianjiyuan Tianshu» نام دارد، میزان استفاده از مواد رادیواکتیو را به ۲۲ درصد محدود کرده، درحالیکه توان را بدون تغییر در ولتاژ یا پایداری، تا ۲.۶ برابر افزایش داده است.
محققان پنج ارتقا اصلی را برای باتری جدید اعمال کردهاند که شامل انطباق بهتر منبع رادیواکتیو و طراحی سهبعدی انباشته برای صرفهجویی در فضا و بهبود یکپارچگی میشود. علاوهبراین، یک سیستم مدیریت توان میکرو و حسگرهای داخلی، امکان عملکرد مستقل را فراهم میکنند. افزایش بازدهی این باتری به لطف استفاده از مبدل سیلیکون کارباید حاصل شده که در چین ساخته شده است.
نسل جدید این باتری ابعادی در حدود ۱۶.۸ سانتیمتر مکعب دارد. این دستگاه با استفاده از ۱۲۹ میلیکوری (یک واحد اندازهگیری برای میزان پرتوزایی) کربن-۱۴، میتواند جریانی معادل ۰.۷۱۳ میکروآمپر، ولتاژ ۲.۰۶ ولت و حداکثر خروجی ۱.۱۳ میکرووات را ارائه دهد.
در باتریهای هستهای سنتی، از مواد ترموالکتریک برای تبدیل گرمای حاصل از فروپاشی به انرژی استفاده میشود. بااینحال، سیستمهای بهکار رفته در این باتریها حجیم هستند و برای کار کردن به دمای بالا نیاز دارند. در مقابل، باتری جدید الکترونها یا ذرات بتا حاصل از فروپاشی را مستقیماً به نیمههادی سیلیکون کارباید میفرستد تا جریان الکتریکی تولید کند.
به گفته محققان، این باتری عملکردی شبیه به پنلهای خورشیدی دارد، با این تفاوت که بهجای نور، با تابش رادیواکتیو کار میکند. اگرچه محققان حجم باتری را تنها ۱۷ درصد کاهش دادهاند، اما موفق شدهاند چگالی توان حجمی آن را حدود ۱۵ برابر افزایش دهند.
یک باتری هستهای که با نام باتری رادیوایزوتوپ یا اتمی نیز شناخته میشود، از انرژی حاصل از فروپاشی ایزوتوپهای رادیواکتیو درون خود برای تولید الکتریسیته استفاده میکند. از آنجایی که نیمهعمر ایزوتوپهای رادیواکتیو میتواند چندین دهه یا حتی چند قرن طول بکشد، یک باتری هستهای میتواند برای مدتی بسیار طولانیتر از رقبای شیمیایی خود فعال باقی بماند.
این ویژگی، باتریهای هستهای را به گزینهای ایدهآل برای استفاده در فضاپیماها و حسگرهای محیطی در مناطق دورافتاده تبدیل میکند؛ همچنین درصورت استفاده از مواد رادیواکتیو مناسب، این باتریها در ایمپلنتهای پزشکی نیز کاربرد خواهند داشت. ناسا پیشازاین از باتریهای هستهای در مأموریتهای فضای عمیق خود مانند کاوشگرهای وویجر در سال ۱۹۷۷ و مریخنورد «کنجکاوی» در سال ۲۰۱۲ استفاده کرده است. چین نیز این باتریها را در ماهنوردهای خود به کار گرفته است.
