Bateria Nano Diamond oferece aplicabilidade universal

A vida moderna é altamente confiável em dispositivos móveis movidos a bateria que afetam aspectos diários de nossas vidas, desde dispositivos de telecomunicações a veículos de transporte. Há uma demanda crescente por baterias eficientes e econômicas. As baterias convencionais estão repletas de inúmeras preocupações e, na era da crescente conscientização sobre o aquecimento global e o acúmulo de resíduos, a produção deve estar alinhada com os princípios e processos de desenvolvimento sustentável.

A Nano Diamond Battery (NDB) é uma bateria voltaica de alta potência, baseada em diamante, alfa, beta e nêutron que pode fornecer energia verde e vitalícia para inúmeras aplicações e superar as limitações das baterias químicas existentes. O NDB age como um pequeno gerador nuclear. A fonte de energia para o NDB são isótopos de rádio de nível intermediário e alto que são protegidos para segurança por vários níveis de diamante sintético. A energia é absorvida no diamante através de um processo chamado espalhamento inelástico, que é usado para gerar eletricidade. O processo de autocarregamento fornecerá uma carga durante toda a vida útil de qualquer dispositivo ou máquina, com até 28.000 anos de vida útil da bateria.

Como a bateria é autocarregável e requer apenas exposição ao ar natural, qualquer excesso de carga pode ser armazenado em capacitores, supercapacitores e células secundárias para prolongar a vida útil da bateria de telefones celulares, aeronaves, foguetes, veículos elétricos, sensores e outros dispositivos e máquinas .

Tecnologias do sistema

Tecnologia Diamante Nuclear Voltaica (DNV) — Como dispositivo, o DNV é uma combinação de semicondutor, metal e cerâmica que possui duas superfícies de contato para facilitar a coleta de carga. Várias unidades individuais são conectadas entre si através de canais condutores que são fabricados pela deposição de Ni na lateral do DNV para criar um contato +ve e -ve do sistema de bateria, que é chamado de pilhas DNV. Entre estes estão os radioisótopos que, após o decaimento, liberarão uma radiação alfa, beta ou de nêutrons. Este é então espalhado inelasticamente no diamante cristalino único (SCD) para gerar cargas que são coletadas pelos coletores de carga.

Cada camada da pilha DNV consiste em uma fonte de saída de alta energia. Esse tipo de arranjo melhora a eficiência geral do sistema e fornece um escudo de segurança multicamadas para o produto.

Conversão rápida de radiação em eletricidade — Todos os radioisótopos são conhecidos por produzir grandes quantidades de calor. A colocação estratégica da fonte entre as unidades DNV facilita o espalhamento inelástico originado pela presença de SCD na unidade DNV. Este design evita a auto-absorção de calor pelo radioisótopo e permite a rápida conversão em eletricidade utilizável.

Estrutura de filme fino — O perfil de filme fino exibido pelo NDB permite a absorção de radiação no SCD com autoadsorção mínima. Devido à sua estrutura de design flexível, esta tecnologia pode assumir qualquer forma e forma de acordo com a aplicação. O NDB pode ser feito do tamanho que a aplicação exigir, onde o limite mínimo de tamanho é de 40 μm.

Processo de reciclagem nuclear — Os resíduos radioativos são reprocessados ​​e reciclados para permitir a sustentabilidade e promover uma fonte de energia limpa em um ambiente seguro.

Recursos de segurança

As principais inovações do NDB são recursos de segurança sofisticados que abrangem segurança térmica, mecânica e de radiação.

Encapsulador de diamante — A segurança contra radiação é alcançada através do encapsulamento do DNV usando um encapsulador de diamante que contém a radiação dentro do dispositivo. As pilhas DNV, juntamente com a fonte, são revestidas com uma camada de diamante policristalino, que é conhecido por ser o material mais termicamente condutor e tem a capacidade de conter a radiação dentro do dispositivo. Também é 12 vezes mais resistente que o aço inoxidável, tornando a bateria resistente e inviolável.

As nanocamadas são feitas de cromo e chumbo em uma estrutura de “buraco e tampa” que captura a radiação do DNV. O orifício atua como um canal de condução térmica que conduz o calor para a parte externa do encapsulador. Enquanto a tampa captura a radiação que sai do orifício embutido no componente encapsulador de diamante do NDB, ela pode absorver e conter a radiação secundária, bem como a radiação primária próxima aos níveis de radiação de fundo.

Respiradouros térmicos embutidos — A fonte de alta energia presente no sistema de bateria produz calor durante a operação. Isso leva à condução térmica no sistema. As aberturas térmicas no sistema ajudam a conduzir esse processo em relação à superfície externa do diamante para manter os interiores em um nível ideal.

SCD dopado com boro — Para utilizar todos os aspectos do sistema, o NDB — além de alfa e beta — também incorpora o uso de radiação de nêutrons com dopagem de boro-10. A dopagem ajuda a converter o nêutron extra em raio alfa.

Sistema de bloqueio — O uso de uma fonte de energia nuclear para um sistema de bateria traz à tona a questão da proliferação nuclear devido à produção de isótopos cindíveis como Pu-238 e U-232. Para resolver esse problema, o NDB usa um mecanismo de implantação de íons, chamado de “sistema lock-in”, que impede o uso além da geração de energia. Isso aumenta a usabilidade atendendo aos requisitos de segurança do consumidor.

Aplicativos

Automotivo — Os veículos elétricos têm sido fortemente promovidos por vários governos e, como tal, é um dos campos de crescimento mais rápido nos últimos anos. Naturalmente, seu componente-chave – a bateria que impulsiona o veículo – também foi fortemente desenvolvido. Como solução de bateria, o NDB alimenta os aspectos tradicionais do carro, bem como os motores. O que talvez seja o mais interessante é que inovações como telas de heads-up, realidade aumentada, direção autônoma e IA a bordo também podem ser suportadas usando o NDB.

NDB poderia ser usado durante o dia para alimentar o carro; à noite, quando o carro está estacionado, o EV movido a NDB pode ser conectado a uma casa onde a carga gerada pode alimentar a casa e qualquer excesso pode ser vendido à rede. Isso significa efetivamente que a rede nacional está fazendo crowdsourcing de eletricidade, aliviando o aumento da demanda de eletricidade que vem com o aumento da taxa de adoção de VEs.

Aeroespacial — O mercado de aviação é vasto e muitos dos avanços tecnológicos vêm da revolução digital. Alguns exemplos do uso do NDB incluem a garantia de energia essencial para áreas como o cockpit para melhorar a segurança da companhia aérea e a alimentação da caixa preta para ajudar no resgate de aeronaves desaparecidas. A caixa preta envia um sinal periodicamente para transmitir sua localização; no entanto, a disponibilidade do sinal é baseada na bateria que o alimenta. Atualmente, a limitação da carga da bateria da caixa preta restringe o tempo de busca, pois o sinal de localização ficará indisponível quando a carga da bateria acabar. O NDB poderá aumentar a vida útil da bateria da caixa preta, permitindo ao grupo de busca uma maior chance de salvamento.

Os recentes avanços na tecnologia espacial e o surgimento de aeronaves elétricas levaram ao aumento da demanda por seus sistemas de bateria, prejudicados por preocupações com longevidade e segurança. Satélites e veículos espaciais dependem muito da energia solar, que pode ser interrompida por ambientes espaciais hostis. O NDB pode ser utilizado para alimentar drones, aeronaves elétricas, satélites, rovers espaciais, trajes espaciais e estações, permitindo atividades mais longas.

Tecnologia médica — Dispositivos médicos in situ e implantáveis, como aparelhos auditivos e marca-passos, podem se beneficiar de uma bateria de longa duração em um pacote menor com o benefício adicional de segurança. Com o NDB, os pacientes não precisam mais se preocupar em recarregar um marcapasso devido à sua longa meia-vida. Como o NDB possui uma camada de absorvedor de radiação nativo integrado em sua estrutura, ele evita o vazamento de radiação dos dispositivos implantáveis.

Industriais — A segurança, a potência e a universalidade do NDB fornecem energia para muitas aplicações de rotina e para aquelas que são difíceis de implementar. Centros de dados, locais remotos e aplicativos de ambiente hostil do NDB o tornam uma excelente promessa de produtividade e aplicativos futuristas.

Uma deficiência da Internet das Coisas (IoT) está nos próprios dispositivos físicos. Como cada função (como iluminação) precisará de sensores e receptores de conectividade Wi-Fi, elas inevitavelmente precisarão de eletricidade. Tradicionalmente, isso tem sido satisfeito pelo uso de baterias e fiação elétrica direta, mas em ambos os casos, existem limitações - as baterias ficarão sem carga e os fios exigem um eletricista para configurar, o que pode ser inconveniente. Se um NDB fosse usado, os dispositivos IoT seriam totalmente sem fio e poderiam ser colocados em qualquer lugar sem a necessidade de se preocupar com o esgotamento da bateria.

Conclusão

O NDB é verde, pois não tem emissão, é inerte ao meio ambiente e não requer mineração de cobalto. O NDB é uma alternativa mais densa em energia, mais duradoura e independente do clima às fontes de energia tradicionais. Os valores agregados são a falta de subprodutos nocivos e a reciclagem de resíduos nucleares.

A tecnologia tem potencial para substituir outras fontes de energia, como gasolina e baterias de íon-lítio, reduzindo seus impactos ambientais negativos causados ​​por emissões e resíduos metálicos tóxicos.

Outra tendência é a escassez de cobalto, um componente crucial das baterias de íons de lítio. Como o NDB não contém cobalto, é uma solução que não é afetada pela escassez de oferta de sua matéria-prima.

Por fim, uma das tendências recentes mais importantes é o aumento repentino da demanda por veículos elétricos. Governos de todo o mundo estão trabalhando para mudar o veículo movido a combustível fóssil para veículos elétricos – um mercado que é um ajuste natural para os NDBs.

Este artigo foi uma contribuição da Dra. Nima Golsharifi, Diretora Executiva do NDB (San Francisco, CA). Para mais informações, visite aqui .