Vědcům z korejského výzkumného institutu DGIST se podařilo vytvořit první praktický hybridní betavoltaický článek, který dokáže dodávat stabilní energii po celá desetiletí bez nutnosti nabíjení. Tato nová technologie by mohla způsobit revoluci v napájení zařízení pro vesmírné mise, implantabilní medicínské přístroje nebo vojenské aplikace.

Za vývojem stojí tým vedený profesorem Su-Il Inem z katedry energetických věd a inženýrství. Výsledky jejich práce nedávno publikoval prestižní časopis Chemical Communications.

Jak hybridní betavoltaický článek funguje

Základem článku je uhlík-14, radioaktivní izotop, který při svém rozpadu emituje beta částice. Ty následně interagují s perovskitovou vrstvou, kde se jejich energie přeměňuje na elektrický proud. Perovskit je přitom materiál, který v posledních letech vzbuzuje značný zájem díky své vysoké účinnosti v oblasti solárních článků.

Vědci z DGIST šli ale ještě dál. Do elektrody zabudovali kvantové tečky na bázi uhlíku-14 a optimalizovali krystalovou strukturu perovskitu pomocí přísad, konkrétně chloridu methylamonného a chloridu cesného. Díky tomu se podařilo dramaticky zvýšit pohyblivost elektronů — oproti běžným betavoltaickým článkům až 56 000násobně.

Výhody oproti běžným bateriím

Současné komerční baterie, ať už lithium-iontové nebo niklové, mají omezenou životnost, nízkou odolnost vůči teplotním výkyvům a vyžadují pravidelné nabíjení. Pro použití v extrémních podmínkách, například v kosmu nebo v těle pacienta, to znamená zásadní omezení.

Hybridní betavoltaický článek naopak nepotřebuje údržbu a jeho výkon zůstává stabilní po dlouhá léta. Beta částice navíc nemají dostatečnou energii, aby pronikly lidskou kůží, což zajišťuje biologickou bezpečnost při použití například v medicíně.

Zdroj: Shutterstock

Stabilní výkon, první praktická demonstrace

Vyvinutý článek v laboratorních podmínkách udržel stabilní výstupní výkon po dobu devíti hodin nepřetržitého provozu. Vědci tím vůbec poprvé prokázali praktickou použitelnost této technologie.

„Tento výzkum je prvním důkazem, že betavoltaické články lze reálně využít,“ komentuje profesor Su-Il In. „Plánujeme urychlit komercializaci těchto zdrojů energie pro použití v extrémních podmínkách a dále pracovat na jejich miniaturizaci.“

Co přinese budoucnost

S rostoucím tlakem na miniaturizaci a zvyšování autonomie elektronických zařízení stoupá poptávka po inovativních zdrojích energie. Technologie hybridního betavoltaického článku tak představuje nadějnou cestu, jak zajistit dlouhodobé napájení tam, kde je pravidelná výměna baterií nemožná.

Další vývoj se nyní soustředí na přenos technologie do průmyslové výroby a na její aplikace v konkrétních zařízeních. Díky podpoře korejského Ministerstva vědy a ICT a programu DGIST 2024 N-HRHR má výzkum silné zázemí pro budoucí rozvoj.