Baterias de Nano Diamante: Energia Eco-Amigável, Alto Desempenho para Todos Dispositivos

A vida moderna é fortemente dependente de dispositivos móveis alimentados por bateria afetando aspectos diários de nossas vidas, variando de dispositivos de telecomunicação a veículos de transporte. Existe uma demanda crescente por baterias eficientes e custo-efetivas. Baterias convencionais têm sido assoladas por numerosas preocupações e na era de consciência crescente sobre aquecimento global e acúmulo de resíduos, produção deve estar alinhada com princípios e processos de desenvolvimento sustentável.

A Bateria de Nano Diamante (NDB) é uma bateria voltaica alfa, beta e nêutron baseada em diamante de alta potência que pode fornecer energia vitalícia e verde para numerosas aplicações e superar limitações de baterias químicas existentes. A NDB age como um minúsculo gerador nuclear. A fonte de energia para a NDB são radioisótopos de nível intermediário e alto que são blindados para segurança por múltiplos níveis de diamante sintético. A energia é absorvida no diamante através de um processo chamado dispersão inelástica, que é usado para gerar eletricidade. O processo de auto-recarga fornecerá uma carga para a vida útil completa de qualquer dispositivo ou máquina, com até 28.000 anos de vida de bateria.

Como a bateria é auto-recarregável e requer apenas exposição ao ar natural, qualquer carga excedente pode ser armazenada em capacitores, supercapacitores e células secundárias para estender a vida da bateria para celulares, aeronaves, foguetes, veículos elétricos, sensores e outros dispositivos e máquinas.

Tecnologias do Sistema

Tecnologia Voltaica Nuclear de Diamante (DNV) — Como dispositivo, DNV é uma combinação de semicondutor, metal e cerâmica que tem duas superfícies de contato para facilitar coleta de carga. Várias unidades individuais são conectadas juntas via canais condutivos que são fabricados por deposição de Ni no lado do DNV para criar um contato +ve e -ve do sistema de bateria, que é chamado pilhas DNV. Entre estes estão radioisótopos que, ao decair, liberarão radiação alfa, beta ou nêutron. Esta é então dispersada inelástica no diamante monocristalino (SCD) na unidade DNV para gerar cargas que são coletadas pelos coletores de carga.

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

Conversão rápida de radiação para eletricidade — Todos os radioisótopos são conhecidos por produzir altas quantidades de calor. O posicionamento estratégico da fonte entre as unidades DNV facilita dispersão inelástica originada devido à presença de SCD na unidade DNV. Este design previne auto-absorção de calor pelo radioisótopo e permite conversão rápida para eletricidade utilizável.

Estrutura de filme fino — O perfil de filme fino exibido pela NDB permite absorção de radiação no SCD com auto-adsorção mínima. Devido à sua estrutura de design flexível, esta tecnologia pode tomar qualquer forma e formato de acordo com a aplicação. NDB pode ser feito tão grande quanto a aplicação requer, onde o limite mínimo de tamanho é 40 μm.

Processo de reciclagem nuclear — Resíduo radioativo é reprocessado e reciclado para permitir sustentabilidade e promover uma fonte de energia limpa em um ambiente seguro e protegido.

Características de Segurança

Inovações-chave da NDB são características de segurança sofisticadas cobrindo segurança térmica, mecânica e de radiação.

Encapsulador de diamante — Segurança de radiação é alcançada através da encapsulação do DNV usando um encapsulador de diamante que contém a radiação dentro do dispositivo. As pilhas DNV, junto com a fonte, são revestidas com uma camada de diamante policristalino, que é conhecido por ser o material mais termicamente condutivo e tem a capacidade de conter a radiação dentro do dispositivo. É também 12 vezes mais resistente que aço inoxidável, tornando a bateria resistente e à prova de violação.

As nanocamadas são feitas de cromo e chumbo em uma estrutura "buraco e tampa" que captura radiação do DNV. O buraco atua como um canal de condução térmica que conduz calor para a porção externa do encapsulador. Enquanto a tampa captura a radiação que sai do buraco construído no componente encapsulador de diamante da NDB, ela pode absorver e conter radiação secundária assim como a radiação primária próxima a níveis de radiação de fundo.

Ventilações térmicas embutidas — A fonte de alta energia presente no sistema de bateria produz calor durante operação. Isso leva a condução térmica no sistema. Ventilações térmicas no sistema ajudam a conduzir este processo com relação à superfície externa do diamante para manter os interiores em um nível ótimo.

SCD dopado com boro — Para utilizar todo aspecto no sistema, NDB — além de alfa e beta — também incorpora o uso de radiação nêutron com dopagem de boro-10. Dopagem ajuda a converter o nêutron extra em raio alfa.

Sistema de travamento — Usar uma fonte de energia nuclear para um sistema de bateria traz a questão de proliferação nuclear devido à produção de isótopos fissionáveis como Pu-238 e U-232. Para enfrentar este problema, NDB usa um mecanismo de implantação de íons, chamado "sistema de travamento", que previne uso além de geração de energia. Isso aumenta usabilidade ao atender requisitos de segurança do consumidor.

Aplicações

Automotivo — Veículos elétricos têm sido fortemente promovidos por vários governos e como tal, é um dos campos de mais rápido crescimento nos últimos anos. Naturalmente, seu componente chave — a bateria que impulsiona o veículo — também tem sido fortemente desenvolvido. Como solução de bateria, NDB alimenta os aspectos tradicionais do carro assim como os motores. O que é talvez mais interessante é que inovações como displays heads-up, realidade aumentada, auto-condução e IA a bordo também poderiam ser suportadas usando a NDB.

NDB poderia ser usado durante o dia para alimentar o carro; à noite quando o carro está estacionado, o VE alimentado por NDB poderia ser plugado em uma casa onde a carga gerada poderia então alimentar a casa e qualquer excesso poderia ser vendido para a rede. Isso efetivamente significa que a rede nacional está fazendo crowdsourcing de eletricidade, aliviando a demanda aumentada de eletricidade que vem com a taxa de adoção aumentada de VEs.

Aeroespacial — O mercado de aviação é vasto e muitos dos avanços tecnológicos vêm da revolução digital. Alguns exemplos do uso da NDB incluem assegurar energia essencial a áreas como a cabine para melhorar segurança de linha aérea e alimentação da caixa preta para auxiliar na salvamento 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 a alimenta. Atualmente, limitação na carga da bateria da caixa preta restringe o tempo de busca desde que o sinal de localização ficará indisponível uma vez que a carga da bateria acabe. NDB será capaz de aumentar a vida da bateria da caixa preta, permitindo à equipe de busca uma chance maior de salvamento.

Avanços recentes em tecnologia espacial e o surgimento de aeronaves elétricas levaram a demanda aumentada em seus sistemas de bateria, dificultados por preocupações sobre longevidade e segurança. Satélites e veículos espaciais dependem fortemente de energia solar, que pode ser interrompida por ambientes espaciais severos. NDB pode ser utilizado para alimentar drones, aeronaves elétricas, satélites, rovers espaciais, trajes espaciais e estações enquanto permite atividade mais longa.

Tecnologia Médica — Dispositivos médicos in-situ e implantáveis como aparelhos auditivos e marcapassos podem se beneficiar de longa vida de bateria em um pacote menor com o benefício adicional de segurança. Com NDB, pacientes não precisam mais se preocupar em recarregar um marcapasso devido à sua longa meia-vida. Desde que NDB tem uma camada de absorbedor de radiação nativo integrada em sua estrutura, previne vazamento de radiação de dispositivos implantáveis.

Industrial — Segurança, potência de saída e universalidade da NDB fornecem energia para muitas aplicações de rotina e para aquelas que são difíceis de implementar. Data centers, locais remotos e aplicações de ambiente hostil da NDB fazem dela uma promessa excepcional para produtividade e aplicações futuristas.

Uma falha da Internet das Coisas (IoT) está nos próprios dispositivos físicos. Como cada função (como iluminação) precisará de sensores e receptores de conectividade Wi-Fi, eles inevitavelmente precisarão de eletricidade. Tradicionalmente, isso tem sido satisfeito pelo uso de baterias e fiação elétrica direta mas em qualquer caso, existem limitações — baterias acabarão e fios requerem um eletricista para configurar, o que poderia ser inconveniente. Se uma NDB fosse usada, os dispositivos IoT seriam totalmente sem fio e poderiam ser colocados em qualquer lugar sem a necessidade de se preocupar com a bateria esgotando.

Conclusão

NDB é verde pois não tem emissão, é inerte ao ambiente, e não requer mineração de cobalto. NDB é uma alternativa mais densa em energia, mais duradoura, independente de clima a fontes de energia tradicionais. Os valores adicionados são falta de subprodutos nocivos e reciclagem de resíduo nuclear.

A tecnologia tem potencial para substituir outras fontes de energia como gasolina e baterias de íon-lítio, reduzindo seus impactos ambientais negativos causados por emissão e produtos de resíduo de metal tóxico.

Outra tendência é a escassez de cobalto, um componente crucial de baterias Li-ion. Desde que a NDB não contém cobalto, é uma solução que não é afetada pela escassez de suprimento de sua matéria-prima.

Finalmente, uma das tendências mais importantes recentes é o aumento repentino na demanda por veículos elétricos. Governos ao redor do mundo estão trabalhando para mudar veículos movidos a combustível fóssil para veículos elétricos — um mercado que é um ajuste natural para NDBs.

Este artigo foi contribuído por Dr. Nima Golsharifi, Diretor Executivo da NDB (San Francisco, CA). Para mais informações, visite aqui .