Hebben we binnenkort allemaal kernenergie in onze broekzak? Zuid-Koreaanse wetenschappers zetten een grote stap richting een miniatuurkernbatterij met extreem lange levensduur.
Een onderzoeksteam van het Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST) in Zuid-Korea heeft een baanbrekende innovatie onthuld: ’s werelds eerste praktisch toepasbare perovskiet-betavoltaïsche cel (PBC).
Deze nucleaire batterij combineert een perovskietlaag met een radioactieve koolstof-14-elektrode, wat resulteert in een duizelingwekkende toename van de elektronmobiliteit – maar liefst 56.000 keer hoger dan voorheen gemeten.
De innovatie zou de deur kunnen openen naar batterijtechnologie die tientallen jaren meegaat zonder herladen. Ideaal voor toepassingen in de ruimtevaart, defensie en andere extreme omgevingen. Volgens het onderzoek, gepubliceerd in Chemical Communications, is dit de eerste succesvolle demonstratie van een perovskiet-betavoltaïsche cel met praktische toepasbaarheid.
Duurzaam, stabiel en geschikt voor langdurig gebruik
Betavoltaïsche cellen gebruiken energie die vrijkomt bij het verval van radioactieve isotopen (in dit geval koolstof-14) om elektriciteit op te wekken. In tegenstelling tot klassieke batterijen zoals lithium-ion, die afhankelijk zijn van chemische reacties, zijn betavoltaïsche batterijen extreem duurzaam, stabiel en geschikt voor langdurig gebruik in moeilijke omstandigheden.
Tot nu toe was het echter lastig om dergelijke cellen efficiënt genoeg te maken én langetermijnstabiliteit te garanderen. De Zuid-Koreaanse onderzoekers zijn daar nu voor het eerst in geslaagd.
Perovskiet als wondermiddel
Perovskietmaterialen zijn bekend uit de wereld van zonnecellen, waar ze de laatste jaren steeds vaker als alternatief voor silicium worden ingezet vanwege hun hoge rendement en lage productiekosten. Wat het team van professor Su-Il In nu gedaan heeft, is het rechtstreeks koppelen van een koolstof-14-elektrode aan een perovskiet-absorptielaag. Daarbij werden koolstof-14-gebaseerde quantum dots in de elektrode geïntegreerd en werd de kristalstructuur van de perovskietlaag geoptimaliseerd.
Het resultaat: een veel hogere efficiëntie én stabiele energieopwekking.
Brede toepassingsmogelijkheden
De technologie is bij uitstek geschikt voor toepassingen waar vervanging of opladen van batterijen niet mogelijk is: denk aan ruimteverkenning, onderwaterdrones, sensoren in afgelegen gebieden of zelfs medische implantaten zoals pacemakers.
Voor defensietoepassingen kunnen deze compacte, robuuste energiebronnen het verschil maken bij langdurige operaties in vijandige omgevingen. In de ruimtevaart kan een nucleaire batterij die tientallen jaren stabiel energie levert cruciaal zijn voor deep space missies – bijvoorbeeld op Mars of nog verder.
Commercialisering op komst
De onderzoekers geven aan dat ze de stap richting commercialisering willen versnellen. Dat betekent verdere miniaturisatie van de technologie en kennisoverdracht naar de industrie.
Maar er blijven nog wel enkele obstakels te overwinnen, vooral rondom regelgeving en veiligheid. Het gebruik van radioactieve materialen vereist strenge controle en specifieke productie- en verwerkingsfaciliteiten. Toch is het feit dat de radio-isotoop koolstof-14 relatief mild is (met een lage stralingsenergie en lange halfwaardetijd van 5.730 jaar) een voordeel.
Een nieuwe energieklasse in wording
De prestaties zijn indrukwekkend: naast de enorme toename in elektronmobiliteit, bleef de cel stabiel presteren gedurende negen uur onafgebroken werking – een veelbelovend begin.
Hoewel commerciële toepassingen waarschijnlijk nog enkele jaren op zich laten wachten, lijkt de fundering gelegd voor een geheel nieuwe klasse energiebronnen: compact, stralingsgestuurd, duurzaam, en ontworpen voor de zwaarste omstandigheden die je je kunt voorstellen.
