Het klinkt futuristisch, maar Chinese onderzoekers zeggen een belangrijke stap te hebben gezet in de ontwikkeling van een nieuwe generatie kernbatterijen. De batterij draait op de radioactieve isotoop koolstof-14, en zou duizenden jaren elektriciteit kunnen leveren zonder ooit opgeladen te hoeven worden.
Onderzoekers van Northwest Normal University hebben samen met technologiebedrijf Gansu Zhulong Technology een verbeterde kernbatterij ontwikkeld die gebruikmaakt van koolstof-14 en een halfgeleider van siliciumcarbide (SiC). Volgens het onderzoek levert de nieuwe batterij ruim 2,6 keer meer vermogen dan de eerste generatie, terwijl het ontwerp compacter, efficiënter en volledig met Chinese technologie is ontwikkeld.
Kernbatterijen (of radio-isotopenbatterijen) werken fundamenteel anders dan de lithium-ionaccu’s die we kennen uit smartphones en elektrische auto’s. Ze halen hun energie niet uit een chemische reactie, maar uit het natuurlijke radioactieve verval van een isotoop. Daardoor kunnen ze extreem lang elektriciteit produceren zonder onderhoud of opladen.
Werkt fundamenteel anders
De nieuwe batterij genaamd Qianjiyuan Tianshu, kiest voor een andere aanpak dan veel bestaande nucleaire energiesystemen. Waar traditionele radio-isotopenbatterijen de warmte van radioactief verval omzetten in elektriciteit via thermo-elektrische materialen, zet deze batterij de vrijgekomen bètadeeltjes rechtstreeks om in stroom. Dat gebeurt met een speciaal ontwikkelde siliciumcarbide-halfgeleider.
Volgens de onderzoekers werkt het principe daardoor enigszins als een zonnepaneel. Alleen wordt er geen zonlicht omgezet in elektriciteit, maar radioactieve straling. Die directe omzetting maakt de batterij niet alleen kleiner, maar verhoogt ook de vermogensdichtheid aanzienlijk. Hoewel het volume met slechts 17 procent afnam, nam de vermogensdichtheid volgens het team ongeveer vijftien keer toe.
Compact met een enorme levensduur
De batterij heeft een inhoud van slechts 16,8 kubieke centimeter en levert een spanning van 2,06 volt bij een maximaal vermogen van 1,13 microwatt. Dat is veel te weinig voor apparaten zoals smartphones of laptops, maar ruim voldoende voor toepassingen die jarenlang een kleine hoeveelheid energie nodig hebben.
Juist daarin schuilt de kracht van deze technologie. Koolstof-14 heeft een halveringstijd van ongeveer 5.730 jaar, waardoor de batterij theoretisch duizenden jaren bruikbaar blijft. Voor sensoren op moeilijk bereikbare locaties, medische implantaten of ruimtevaartuigen kan dat een enorme meerwaarde zijn.
Geen nieuw concept
Kernbatterijen zijn overigens geen nieuw concept. NASA gebruikt al tientallen jaren radio-isotopenbatterijen voor onder meer de Voyager-sondes en de Curiosity-rover op Mars. Ook de Chinese maanrovers Chang’e-3 en Chang’e-4 maken gebruik van deze technologie.
Met de nieuwe ontwikkeling lijkt China echter een volgende stap te zetten richting compactere en betaalbaardere kernbatterijen voor industriële toepassingen. Hoewel het vermogen voorlopig nog beperkt is, laat de nieuwe batterij zien dat langdurige energievoorziening zonder opladen steeds realistischer wordt. De kans is groot dat deze technologie de komende jaren vooral zijn weg vindt naar gespecialiseerde toepassingen waar betrouwbaarheid belangrijker is dan een hoog vermogen.
