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La batería de diamante radiactivo funcionará durante 28.000 años: datos de NDB

octubre 2, 2021

En menos de dos años, es posible que pueda comprar un reloj inteligente, que funciona con una batería de diamante radiactiva, que le sobrevivirá a usted ya su progenie durante generaciones.

La batería potencialmente revolucionaria proviene de la startup Nano Diamond Battery (NDB) con sede en San Francisco, que elogia su homónimo «batería voltaica alfa, beta y neutrónica de alta potencia basada en diamantes» por su capacidad para dar a los dispositivos «vida- energía duradera y verde «. Imagínese: una sola batería podría alimentar su bomba de insulina o marcapasos durante toda su vida (con mucho tiempo de sobra). O podría proporcionar el jugo para un rover espacial, recolectando muestras de regolito de Marte durante décadas sin ninguna ayuda humana.

Esos son objetivos ambiciosos. Entonces, ¿podrían las audaces afirmaciones de NDB convertirse en realidad?

Primero, analicemos las especificaciones. Para construir su Nano Diamond Battery, NDB usa capas de nano diamantes con paneles increíblemente diminutos (para el contexto, un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro). Los diamantes tienen una conductancia térmica excepcional, lo que los hace ideales para dispositivos electrónicos. De hecho, son el conductor natural de calor más conocido, según una publicación de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Houston, y son de tres a cuatro veces más eficaces que el cobre o la plata.

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Los científicos cultivan estos diamantes en miniatura mediante la deposición química de vapor, un proceso en el que los gases a temperaturas extremadamente altas obligan al carbono a cristalizar en un material de sustrato. Ese proceso, admite NDB, crea un cuello de botella en los costos; la fabricación de diamantes especiales requiere mucha energía y es costosa.

Después de todo, son «diamantes dopados artificialmente con boro», explica Yury Gogotsi, director del Instituto de Nanomateriales AJ Drexel de la Universidad Drexel en Filadelfia. (Gogotsi no tiene afiliación con NDB). Ese proceso produce diamantes con color azul y una conductividad más alta que el diamante promedio. Los verdaderos diamantes azules se encuentran naturalmente en la Tierra, pero son más raros e incluso más caros que los diamantes azules artificiales.

¿Por qué diamantes azules?

Los diamantes de la batería de NDB tienen un hermoso tono azul, gracias a las trazas de boro contenidas en su estructura de carbono. Estos diamantes azules son artificiales, pero recuerdan a los verdaderos diamantes azules, que son algunas de las piedras preciosas más raras de la Tierra. Según los hallazgos de un estudio de agosto de 2018 enNaturaleza, se forman en el manto inferior de la Tierra, que está a unas 410 a 1,680 millas por debajo de la superficie. Como tal, solo puede encontrar diamantes azules en tres minas en todo el mundo, lo que ayuda a explicar su elevado precio: aproximadamente $ 15,700 por un diamante azul claro de 0.3 quilates y $ 75,000 por un diamante azul oscuro de 0.25 quilates.—Courtney Linder

Una vez que NDB ha obtenido los nano diamantes, la empresa los combina con isótopos radiactivos de desechos nucleares. Específicamente, utilizan isótopos radiactivos de uranio y plutonio, «que probablemente provienen de los desechos de las plantas de energía radiactiva», dice Gogotsi.

A partir de ahí, los diamantes monocristalinos, de unos pocos milímetros cuadrados de tamaño, alejan el calor de los isótopos en descomposición radiactiva con tanta rapidez que la transacción genera electricidad. “Las fuentes de desintegración depositan su energía en el transductor NDB, que convierte la energía cinética de la radiación incidente en energía eléctrica”, dice Nima Golsharifi, CEO de NDB.

Probablemente se esté preguntando cuál es el truco. ¿Existe una batería de diamantes que realmente usa desechos nucleares, dura miles de años e involucra capas de solo los diamantes más minúsculos?

Es un poco más complicado que eso. Cada celda de la batería producirá solo una pequeña cantidad de energía, por lo que los científicos deben combinar las celdas en grandes cantidades para alimentar regularmente dispositivos grandes, lo que aumenta mucho el costo y aumenta la complejidad.

Sin embargo, Golsharifi promociona el pequeño tamaño de las celdas de la batería Nano Diamond como una ventaja para la escalabilidad. «Tomemos la batería de un reloj de pulsera, por ejemplo, consume alrededor de dos microvatios, [so] una celda NDB mucho más pequeña sería suficiente ”, explica. «Entonces, si necesitamos alimentar una aplicación diferente, la cantidad de celdas apiladas se puede aumentar para satisfacer la demanda».

Aún así, existe el problema del desgaste: los investigadores implantan los desechos nucleares dentro de las células de diamante, lo que crea una debilidad estructural natural que, estadísticamente hablando, eventualmente fallará en algunas de las células con el tiempo, explica Gogotsi. Cuando la batería Nano Diamond esté ampliamente disponible en el futuro, existe la posibilidad de que algunas de las celdas se rompan o simplemente se desperdicien con los dispositivos que alimentan.

«Esto crea un problema de desechos nucleares, que es inevitable si se utilizan grandes cantidades de baterías», dice Gogotsi. “Algunos de ellos eventualmente se romperán. Esto puede no ser un problema en el espacio, pero ciertamente será una preocupación en la superficie.
de la tierra.»

Eso no significa que la batería de diamantes no sea una búsqueda que valga la pena. Si se abordan esos problemas, algunas posibles aplicaciones incluyen dispositivos de uso prolongado como audífonos o marcapasos. “Tomemos un niño al que se le implanta un audífono o una persona mayor con marcapasos; la gente no debería tener que pasar por la cirugía posiblemente traumatizante más de una vez ”, explica Golsharifi.

Las baterías incluso podrían resultar útiles en vehículos espaciales que necesitan funcionar durante años sin ayuda, dice NDB. Tomemos los satélites, por ejemplo. La afirmación de NDB de que la batería dura 28.000 años se basa, en parte, en estas aplicaciones espaciales de baja potencia. La Voyager, la icónica sonda espacial de la NASA, destinada a estudiar el sistema solar exterior cuando se lanzó en septiembre de 1977, utilizó tres “Generadores termoeléctricos de radioisótopos de varios cientos de vatios” (MHW-RTG) para obtener energía. La potencia de salida de cada generador comenzó en solo 158 vatios, que es menos energía de la que necesitaría para alimentar un artefacto de iluminación doméstico durante un año.

Y si se combinan suficientes de estas celdas de batería de diamante, aún podrían alimentar la electrónica aquí en la Tierra con mayores demandas de energía, desde pantallas LED en tabletas hasta teléfonos móviles. Pero para su primer producto comercial, NDB planea presentar un reloj inteligente, con una fecha de lanzamiento esperada en algún momento de 2022. Si eso realmente sucede, podría tener un reloj con una sola batería y pasarlo por generaciones sin necesidad de reemplazarlo nunca. sobre una reliquia.

Aún así, NDB juega sus cartas muy cerca del chaleco, divulgando algunos de los detalles esenciales sobre la batería Nano Diamond (su densidad de potencia, por ejemplo). Y aún no hay demostraciones en video de la tecnología. Pero la promesa de la batería de diamante radiactiva sigue siendo muy real, y el próximo reloj inteligente de NDB nos dirá mucho sobre la viabilidad de dicha tecnología en otras aplicaciones. Y estaremos esperando, todo lo que tenemos es tiempo.


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