Perovskiitti beetavoltakennon perustana

Korealaisen DGIST:n energiatieteiden ja -tekniikan laitoksen professori Su-Il Inin johtama tutkimusryhmä saavutti läpimurron perovskiittipohjaisten beetavoltaisen kennon keskeisen komponentin, säteilyä absorboivan aineen, suorituskyvyssä käyttämällä additiivista tekniikkaa ja liuotteenestoaineita.

Tämän teknologian avulla ryhmä paransi merkittävästi sekä säteilyenergian sähköksi muuntamisen tehokkuutta että pitkän aikavälin vakautta, ja onnistui siten kehittämään tehokkaan seuraavan sukupolven beetavoltaisen pariston, joka kykenee toimimaan pitkäaikaisesti ilman ulkoista latausta.

Viime aikoina on syntynyt kasvava kysyntä seuraavan sukupolven energialähteille, jotka pystyvät tuottamaan vakaata virtaa pitkiä aikoja ilman huoltoa, jopa äärimmäisissä olosuhteissa.

Huomiota onkin kiinnitetty beetavoltaiseen kennoon, joka muuntaa radioaktiivisten isotooppien hajoamisen aikana vapautuvat beetahiukkaset (elektronit) sähköenergiaksi.

Se voi tuottaa virtaa itsenäisesti ilman ulkoista virtalähdettä, tarjoaa erittäin pitkän käyttöiän isotoopin puoliintumisajasta riippuen ja mahdollistaa säteilyn hallinnan hyväksyttävillä tasoilla.

Perinteiset beetavoltaiset paristot ovat kuitenkin kohdanneet kaupallistamisessa haasteita säteilyä absorboivien materiaalien alhaisen energianmuunnostehokkuuden vuoksi.

Näiden haasteiden ratkaisemiseksi tutkimusryhmä käytti hiili-14-nanohiukkasia, radioaktiivista isotooppia, beetasäteilyn lähteenä ja otti käyttöön perovskiittimateriaaleja säteilyä absorboivina materiaaleina.

Perovskiitin tarkoituksenmukaisen muokkauksen myötä tiimi onnistui kokeellisesti indusoimaan "elektronivyöry"-ilmiön, jossa noin 400 000 elektronia syntyy yhtä saapuvaa beetahiukkasta kohden.

Tutkimusryhmän kehittämän akun energianmuunnoshyötysuhde oli 10,79 %. Tämä on noin kuusinkertainen parannus aiemmin raportoituun perovskiittipohjaisten beetavoltakennoon verrattuna. Se myös säilytti vakaan tehontuoton ilman suorituskyvyn heikkenemistä jopa yli 15 tuntia kestäneiden jatkuvan käytön testeissä.

Tämä tutkimus on merkittävä siinä mielessä, että se esittelee ensimmäisenä maailmassa uudenlaisen suunnittelustrategian, joka kontrolloi tarkasti säteilyä absorboivien materiaalien ja rakenteen nanotasolla ja parantaa siten merkittävästi beetavoltaisten paristojen tehokkuutta, kustannustehokkuutta ja kaupallistamispotentiaalia samanaikaisesti.

Aiheesta aiemmin:

5000 vuotta kestävä paristo