Die Atombatterien der Zukunft können 50 Jahre lang ohne Aufladen verwendet werden und werden erstaunlich sein!

□ Li Chuanfu

Am 8. Mai veröffentlichte EMR, ein bekanntes amerikanisches Marktforschungsinstitut, seinen neuesten Marktforschungsbericht. Dieser zeigt, dass der globale Markt für Atombatterien zwischen 2024 und 2032 weiterhin mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 8,7 % wachsen wird. Atomkraftbatterien sind zu einem heißen Thema unter den neuen Energiebatterien geworden.

Eine Kernbatterie ist ein Gerät, das Kernenergie direkt in elektrische Energie umwandelt. Kernbatterien basieren nicht auf chemischen Reaktionen, sondern nutzen Kernenergie, um sie direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Der Kernbrennstoff durchläuft in der Batterie eine Kernreaktion, bei der Teilchen wie Neutronen und Protonen entstehen. Diese Teilchen bewegen sich im Leiter innerhalb der Batterie und kollidieren mit den Elektronen im Leiter, wodurch die Elektronen sich in eine gerichtete Richtung bewegen und so ein elektrischer Strom entsteht.

Die Lebensdauer von Atombatterien wird von vielen Faktoren beeinflusst, unter anderem von den verwendeten radioaktiven Elementen, der Batteriekonstruktion, der Arbeitsumgebung usw. Da in verschiedenen Atombatterien radioaktive Nuklide unterschiedlicher Elemente verwendet werden, variiert ihre Lebensdauer. Die Lebensdauer einer Atombatterie hängt eng mit der Halbwertszeit der radioaktiven Nuklide zusammen. Je länger die Halbwertszeit, desto länger die Batterielebensdauer. Beispielsweise hat das radioaktive Element Kohlenstoff-14 eine Halbwertszeit von etwa 5.700 Jahren, sodass Atombatterien mit Kohlenstoff-14 theoretisch Tausende von Jahren halten können. Die Energiedichte von Kernbatterien wird von Faktoren wie der Energiefreisetzungskapazität des Kernbrennstoffs sowie dem Batteriedesign und den Materialien beeinflusst. Im Vergleich zu herkömmlichen chemischen Batterien verfügen Atombatterien über eine höhere Energiedichte sowie eine größere Volumenenergiedichte und Massenenergiedichte und können bis zu 3300 Milliwattstunden Energie in 1 Gramm Batterie speichern.

Im Vergleich zu herkömmlichen Kernreaktoren zeichnen sich Kernbatterien durch geringe Größe, hohe Energiedichte und geringe Umweltverschmutzung aus. In den letzten Jahren wurden mit Kernbatterien wichtige Durchbrüche in der Weltraumforschung, der zivilen Nutzung und anderen Bereichen erzielt.

Aufgrund der komplexen Weltraumumgebung müssen Detektoren unter rauen Bedingungen wie niedrigen Temperaturen und hoher Strahlung funktionieren. Herkömmliche Solarzellen können die Anforderungen nicht erfüllen. Atombatterien verfügen über eine sehr hohe Energiedichte und können Detektoren in extremen Umgebungen stabil mit Strom versorgen. Die Mondsonde Chang'e-3 verwendet Atombatterien, die es ihr ermöglichen, die Nacht auf der Mondoberfläche zu verbringen und relevante wissenschaftliche Experimente durchzuführen. Darüber hinaus kann der Einsatz von Kernbatterien den Bedarf an Solarzellen verringern und das Gewicht und die Kosten der Sonde reduzieren.

Im zivilen Bereich werden Atombatterien einerseits in tragbaren Geräten wie Mobiltelefonen, Laptops und anderen elektronischen Produkten und andererseits in stationären Geräten wie Basisstationen, Rechenzentren usw. verwendet. Im Vergleich zu herkömmlichen Lithiumbatterien haben Atombatterien eine längere Lebensdauer und geringere Wartungskosten.

Am 8. Januar dieses Jahres gab die Beijing Betavolt New Energy Technology Co., Ltd. bekannt, dass sie zivil nutzbare Atombatterien entwickelt habe. Diese quadratische Batterie, die etwa die Größe einer Münze hat, kann 50 Jahre lang stabilen Strom liefern, ohne dass sie aufgeladen oder gewartet werden muss. Es kann den Bedarf an langlebiger und vielseitiger Stromversorgung in der Luft- und Raumfahrt, bei KI-Geräten, medizinischen Geräten, mikroelektromechanischen Systemen, fortschrittlichen Sensoren, kleinen Drohnen, Mikrorobotern usw. decken.

Im Jahr 2023 berichtete die russische Zeitung Trud über die erfolgreiche Entwicklung einer kleinen Atombatterie mit einer Leistung von bis zu 500 Watt. Dieses innovative Energiegerät ist kompakt und kann jahrzehntelang stabil und kontinuierlich arbeiten, ohne dass eine externe Energieversorgung erforderlich ist. Dies bedeutet, dass Benutzer Mobiltelefone, Laptops und andere mit Atombatterien betriebene Geräte verwenden können, ohne sie häufig aufladen zu müssen.

Als Energiequelle nutzen Fahrzeuge mit neuer Energie Kernbatterien, um eine große Reichweite und geringere Energiekosten zu erreichen. Bei medizinischen Geräten können Kernbatterien eine stabile und effiziente Stromversorgung gewährleisten, um den normalen Betrieb der medizinischen Geräte sicherzustellen.

Die Forschung, Entwicklung und Anwendung von Kernbatterien wird revolutionäre Veränderungen im Energiebereich mit sich bringen. Mit dem technologischen Fortschritt und der steigenden Nachfrage nach grüner Energie dürften Atombatterien in immer mehr Bereichen zum Einsatz kommen, beispielsweise in Smartphones, Elektrofahrzeugen, Energiespeichersystemen usw. Gleichzeitig werden die lange Lebensdauer und die umweltfreundlichen Eigenschaften von Atombatterien dazu beitragen, die Ziele einer nachhaltigen Entwicklung zu erreichen und Umweltverschmutzung sowie Ressourcenknappheit zu lindern. Allerdings sind auch bei Atombatterien einige Herausforderungen zu bewältigen, etwa in Bezug auf Sicherheit, Strahlenschutz und Abfallentsorgung. Um die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Atombatterien zu gewährleisten, sollte sich die zukünftige Forschung auf die Verbesserung des Batteriematerials, die Optimierung des Designs von Atomreaktoren und Strahlenschutzmaßnahmen konzentrieren.

(Der Autor ist Ingenieur am Green Energy Industrial Research Center der Huazhong University of Science and Technology und Mitglied der Royal Society of Chemistry)