Tampilan ke depan: Sebagai baterai lithium-ion (Li-ion) yang dapat diisi ulang menyalakan segala sesuatu mulai dari smartphone hingga kendaraan listrik, keterbatasannya menjadi semakin jelas. Perkumpulan pengisian daya dan lingkungan yang sering terkait dengan penambangan lithium dan pembuangan baterai telah mendorong para peneliti untuk mencari alternatif.
Sebuah tim yang dipimpin oleh Su-Il, seorang profesor di Institut Sains dan Teknologi Daegu Gyeongbuk di Korea Selatan, sedang mengembangkan solusi inovatif: baterai nuklir bertenaga radiokarbon yang bisa bertahan selama beberapa dekade tanpa perlu diisi ulang. Profesor dalam mempresentasikan temuan timnya di pertemuan American Chemical Society's Society 2025, yang diadakan 23 – 27 Maret. Konferensi ini menampilkan sekitar 12.000 presentasi tentang kemajuan ilmiah.
Penelitian ini membahas meningkatnya permintaan untuk sumber daya yang tahan lama dan berkelanjutan, karena perangkat yang terhubung, pusat data, dan teknologi canggih terus mendorong kemampuan baterai Li-ion ke batasnya. “Kinerja baterai Li-ion hampir jenuh,” kata, menjelaskan mengapa timnya beralih ke baterai nuklir sebagai alternatif.
Radiocarbon menawarkan beberapa keunggulan dibandingkan bahan radioaktif lainnya: tidak mahal, tersedia sebagai produk sampingan dari pembangkit listrik tenaga nuklir, dan mudah didaur ulang. Yang paling penting, itu menurun luar biasa perlahan, dengan waktu paruh 5.730 tahun.
Baterai nuklir menghasilkan listrik dengan memanfaatkan partikel berenergi tinggi yang dipancarkan selama peluruhan radioaktif dari bahan-bahan tertentu. Tidak seperti sumber energi nuklir konvensional seperti uranium atau plutonium-yang memancarkan sinar gamma berbahaya-desain dalam menggunakan karbon-14, isotop radioaktif yang dikenal sebagai radiokarbon.
Radiokarbon hanya memancarkan partikel beta, yang kurang berbahaya dan dapat dengan aman terkandung dengan selembar aluminium yang tipis. Ini membuat baterai Betavoltaic, yang mengubah radiasi beta menjadi listrik, kandidat yang menjanjikan untuk solusi energi yang kompak dan aman. Radiocarbon menawarkan beberapa keunggulan dibandingkan bahan radioaktif lainnya: tidak mahal, tersedia sebagai produk sampingan dari pembangkit listrik tenaga nuklir, dan mudah didaur ulang. Yang paling penting, itu menurun luar biasa perlahan, dengan waktu paruh 5.730 tahun.
Ini berarti baterai bertenaga radiokarbon secara teoritis dapat memberikan daya selama ribuan tahun tanpa perlu penggantian. “Saya memutuskan untuk menggunakan isotop karbon radioaktif karena hanya menghasilkan sinar beta,” kata.
Prototipe baterai Betavoltaic tim tersebut menggabungkan bahan canggih untuk memaksimalkan efisiensi konversi energi – tantangan penting dalam desain baterai nuklir. Di jantung baterai adalah semikonduktor berbasis titanium dioksida yang biasa digunakan dalam sel surya.
Bahan ini diobati dengan pewarna berbasis rutenium dan diperkuat dengan asam sitrat untuk menciptakan struktur yang sangat sensitif yang mampu mengubah radiasi beta secara efisien menjadi listrik.
Partikel beta yang dipancarkan oleh radiokarbon menyerang pewarna berbasis ruthenium pada semikonduktor, memicu kaskade reaksi transfer elektron yang dikenal sebagai “longsoran elektron.” Reaksi -reaksi ini menghasilkan listrik, yang dikumpulkan dan dilewati oleh titanium dioksida dan melewati sirkuit eksternal. Proses ini merupakan pusat kemampuan baterai untuk menghasilkan daya yang dapat digunakan.
Faktor kunci dalam desain IN adalah menempatkan radiokarbon di anoda dan katoda baterai – keberangkatan dari desain sebelumnya yang menggunakan radiokarbon secara eksklusif pada satu elektroda. Konfigurasi dual-situs ini meningkatkan generasi partikel beta sambil meminimalkan kehilangan energi yang disebabkan oleh jarak antar elektroda.
Hasilnya mencolok: pengujian mengungkapkan bahwa pendekatan ini meningkatkan efisiensi konversi energi baterai dari 0,48 persen dalam desain sebelumnya menjadi 2,86 persen dalam prototipe baru – peningkatan hampir enam kali lipat.
Terlepas dari kemajuan ini, baterai radiokarbon masih tertinggal di belakang baterai Li-ion dalam hal output daya. Baterai Li-ion biasanya mencapai efisiensi konversi energi sekitar 90 persen. Namun, apa yang tidak dimiliki baterai nuklir ini dalam kinerja langsung, mereka menebus umur panjang dan keandalan. Kemampuan mereka untuk berfungsi selama beberapa dekade tanpa mengisi ulang membuka kemungkinan baru di berbagai industri.
Misalnya, alat pacu jantung yang ditenagai oleh baterai radiokarbon dapat bertahan seumur hidup pasien, menghilangkan kebutuhan akan penggantian bedah yang berisiko. Aplikasi potensial lainnya termasuk memberi daya pada sensor jarak jauh di lingkungan yang keras, satelit yang membutuhkan solusi energi jangka panjang di ruang angkasa, dan bahkan drone atau kendaraan self-driving di mana pengisian ulang yang sering tidak praktis.
Dalam mengakui bahwa optimasi lebih lanjut diperlukan untuk meningkatkan kinerja baterai nuklir ini. Upaya sedang dilakukan untuk memperbaiki bentuk emitor-ray beta dan mengembangkan peredam yang lebih efisien untuk meningkatkan pembangkit listrik. Namun demikian, ia tetap optimis tentang dampak potensial mereka. “Kita dapat memasukkan energi nuklir yang aman ke dalam perangkat seukuran jari,” katanya, membayangkan masa depan di mana energi nuklir tidak lagi terbatas pada pembangkit listrik besar tetapi diintegrasikan ke dalam teknologi sehari -hari.
Penelitian ini didanai oleh National Research Foundation Korea dan didukung oleh Program Penelitian dan Pengembangan Sains dan Pengembangan Sains dan Teknologi Daegu Gyeongbuk di bawah Kementerian Sains dan TIK Korea.