Nano-Diamant-Batterie bietet universelle Anwendbarkeit

Das moderne Leben ist sehr zuverlässig auf mobile batteriebetriebene Geräte, die tägliche Aspekte unseres Lebens beeinflussen, von Telekommunikationsgeräten bis hin zu Transportfahrzeugen. Die Nachfrage nach effizienten und kostengünstigen Batterien steigt. Herkömmliche Batterien sind mit zahlreichen Bedenken behaftet, und im Zeitalter des zunehmenden Bewusstseins für globale Erwärmung und Abfallanhäufung muss die Produktion im Einklang mit den Grundsätzen und Prozessen der nachhaltigen Entwicklung stehen.

Die Nano Diamond Battery (NDB) ist eine leistungsstarke Alpha-, Beta- und Neutronenvoltaikbatterie auf Diamantbasis, die lebenslange und grüne Energie für zahlreiche Anwendungen liefern und die Einschränkungen bestehender chemischer Batterien überwinden kann. Die NDB verhält sich wie ein winziger Atomgenerator. Die Energiequelle für die NDB sind mittlere und hohe Radioisotope, die aus Sicherheitsgründen durch mehrere Schichten synthetischen Diamanten abgeschirmt sind. Die Energie wird im Diamanten durch einen als inelastische Streuung bezeichneten Prozess absorbiert, der zur Stromerzeugung verwendet wird. Der Selbstladeprozess bietet eine Ladung für die gesamte Lebensdauer jedes Geräts oder jeder Maschine mit einer Batterielebensdauer von bis zu 28.000 Jahren.

Da sich die Batterie selbst auflädt und nur der natürlichen Luft ausgesetzt werden muss, kann jede überschüssige Ladung in Kondensatoren, Superkondensatoren und Sekundärzellen gespeichert werden, um die Batterielebensdauer für Mobiltelefone, Flugzeuge, Raketen, Elektrofahrzeuge, Sensoren und andere Geräte und Maschinen zu verlängern .

Systemtechnologien

Diamond Nuclear Voltaic (DNV)-Technologie — Als Gerät ist DNV eine Kombination aus einem Halbleiter, Metall und Keramik, die zwei Kontaktflächen hat, um die Ladungssammlung zu erleichtern. Mehrere einzelne Einheiten sind über leitfähige Kanäle miteinander verbunden, die durch Abscheidung von Ni auf der Seite des DNV hergestellt werden, um einen +ve- und -ve-Kontakt des Batteriesystems zu schaffen, der als DNV-Stapel bezeichnet wird. Dazwischen befinden sich Radioisotope, die beim Zerfall entweder Alpha-, Beta- oder Neutronenstrahlung freisetzen. Diese wird dann unelastisch im einkristallinen Diamanten (SCD) gestreut, um Ladungen zu erzeugen, die von den Ladungskollektoren gesammelt werden.

Jede Schicht des DNV-Stapels besteht aus einer Hochenergie-Ausgangsquelle. Diese Art der Anordnung verbessert die Gesamteffizienz des Systems und bietet einen mehrschichtigen Sicherheitsschild für das Produkt.

Schnelle Umwandlung von Strahlung in Elektrizität — Alle Radioisotope sind dafür bekannt, große Mengen an Wärme zu erzeugen. Die strategische Platzierung der Quelle zwischen den DNV-Einheiten erleichtert die inelastische Streuung, die aufgrund des Vorhandenseins von SCD in der DNV-Einheit entsteht. Dieses Design verhindert die Eigenabsorption von Wärme durch das Radioisotop und ermöglicht eine schnelle Umwandlung in nutzbare Elektrizität.

Dünnschichtstruktur — Das von NDB gezeigte Dünnfilmprofil ermöglicht eine Strahlungsabsorption im SCD mit minimaler Selbstadsorption. Aufgrund ihrer flexiblen Designstruktur kann diese Technologie je nach Anwendung jede beliebige Form annehmen. NDB kann so groß gemacht werden, wie es die Anwendung erfordert, wobei die Mindestgröße 40 μm beträgt.

Nuklearer Recyclingprozess — Radioaktiver Abfall wird wiederaufbereitet und recycelt, um Nachhaltigkeit zu ermöglichen und eine saubere Energiequelle in einer sicheren Umgebung zu fördern.

Sicherheitsfunktionen

Die wichtigsten Innovationen von NDB sind ausgeklügelte Sicherheitsfunktionen, die thermische, mechanische und Strahlungssicherheit abdecken.

Diamant-Verkapseler — Strahlungssicherheit wird durch die Verkapselung des DNV mit einem Diamantverkapseler erreicht, der die Strahlung innerhalb des Geräts enthält. Die DNV-Stapel sind zusammen mit der Quelle mit einer Schicht aus polykristallinem Diamant beschichtet, der als das wärmeleitendste Material bekannt ist und die Fähigkeit hat, die Strahlung innerhalb des Geräts einzudämmen. Es ist außerdem 12-mal widerstandsfähiger als Edelstahl, wodurch die Batterie robust und manipulationssicher ist.

Die Nanoschichten bestehen aus Chrom und Blei in einer „Loch- und Kappen“-Struktur, die Strahlung vom DNV einfängt. Das Loch wirkt als Wärmeleitungskanal, der Wärme zum äußeren Teil der Einkapselung leitet. Während die Kappe die Strahlung einfängt, die aus dem Loch kommt, das in die Diamant-Einkapselungskomponente von NDB eingebaut ist, kann sie Sekundärstrahlung sowie die Primärstrahlung in der Nähe der Hintergrundstrahlung absorbieren und zurückhalten.

Eingebaute thermische Belüftungsöffnungen — Die im Batteriesystem vorhandene Hochenergiequelle erzeugt während des Betriebs Wärme. Dies führt zu einer Wärmeleitung im System. Thermische Belüftungsöffnungen im System tragen dazu bei, diesen Prozess in Bezug auf die äußere Oberfläche des Diamanten durchzuführen, um das Innere auf einem optimalen Niveau zu halten.

Bor-dotierter SCD — Um jeden Aspekt des Systems zu nutzen, beinhaltet NDB – zusätzlich zu Alpha und Beta – auch die Verwendung von Neutronenstrahlung mit Bor-10-Dotierung. Doping hilft, das zusätzliche Neutron in Alphastrahlen umzuwandeln.

Lock-in-System — Die Verwendung einer nuklearen Energiequelle für ein Batteriesystem wirft die Frage der nuklearen Proliferation aufgrund der Produktion von spaltbaren Isotopen wie Pu-238 und U-232 auf. Um dieses Problem anzugehen, verwendet NDB einen Ionenimplantationsmechanismus, der als „Lock-in-System“ bezeichnet wird und eine andere Nutzung als die Stromerzeugung verhindert. Dies erhöht die Benutzerfreundlichkeit, indem die Anforderungen an die Verbrauchersicherheit erfüllt werden.

Anwendungen

Automobil — Elektrofahrzeuge wurden von verschiedenen Regierungen stark gefördert und sind daher einer der am schnellsten wachsenden Bereiche der letzten Jahre. Natürlich ist auch seine Schlüsselkomponente – die Batterie, die das Fahrzeug antreibt – stark weiterentwickelt worden. Als Batterielösung versorgt NDB sowohl die traditionellen Aspekte des Autos als auch die Motoren. Am interessantesten ist vielleicht, dass Innovationen wie Heads-up-Displays, Augmented Reality, autonomes Fahren und Onboard-KI auch mit der NDB unterstützt werden könnten.

NDB könnte tagsüber verwendet werden, um das Auto anzutreiben; Nachts, wenn das Auto geparkt ist, könnte das NDB-betriebene Elektrofahrzeug an ein Haus angeschlossen werden, wo die erzeugte Ladung das Haus mit Strom versorgen und überschüssige Ladung an das Stromnetz verkauft werden könnte. Dies bedeutet effektiv, dass das nationale Stromnetz Strom aus der Masse bezieht und so den erhöhten Strombedarf lindert, der mit der gestiegenen Einführungsrate von Elektrofahrzeugen einhergeht.

Luft- und Raumfahrt — Der Luftfahrtmarkt ist riesig und viele der technologischen Fortschritte stammen aus der digitalen Revolution. Einige Beispiele für die Verwendung von NDB sind die Sicherung der wesentlichen Stromversorgung in Bereichen wie dem Cockpit, um die Sicherheit der Fluggesellschaft zu verbessern, und die Stromversorgung der Black Box, um bei der Bergung vermisster Flugzeuge zu helfen. Die Blackbox sendet regelmäßig ein Signal aus, um ihren Standort zu übermitteln; Die Verfügbarkeit des Signals hängt jedoch von der Batterie ab, die es mit Strom versorgt. Gegenwärtig schränkt die Begrenzung der Batterieladung der Blackbox die Suchzeit ein, da das Standortsignal nicht mehr verfügbar ist, sobald die Batterieladung erschöpft ist. NDB wird in der Lage sein, die Batterielebensdauer der Blackbox zu verlängern, was dem Suchtrupp eine größere Chance auf Bergung gibt.

Die jüngsten Fortschritte in der Raumfahrttechnologie und der Aufstieg von Elektroflugzeugen haben zu einer steigenden Nachfrage nach ihren Batteriesystemen geführt, die durch Bedenken hinsichtlich Langlebigkeit und Sicherheit behindert wird. Satelliten und Raumfahrzeuge sind stark auf Solarenergie angewiesen, die durch raue Weltraumumgebungen gestört werden kann. NDB kann verwendet werden, um Drohnen, Elektroflugzeuge, Satelliten, Raumfahrzeuge, Raumanzüge und Stationen mit Strom zu versorgen und gleichzeitig längere Aktivitäten zu ermöglichen.

Medizintechnik — In-situ-medizinische Geräte und Implantate wie Hörgeräte und Herzschrittmacher können von einer langen Batterielebensdauer in einem kleineren Paket mit dem zusätzlichen Vorteil der Sicherheit profitieren. Mit NDB müssen sich Patienten aufgrund seiner langen Halbwertszeit keine Gedanken mehr über das Aufladen eines Herzschrittmachers machen. Da NDB eine Schicht aus nativem Strahlungsabsorber in seine Struktur integriert hat, verhindert es das Austreten von Strahlung aus implantierbaren Geräten.

Industriell — Die Sicherheit, Leistungsabgabe und Universalität von NDB bieten Leistung für viele Routineanwendungen und solche, die schwierig zu implementieren sind. Rechenzentren, entfernte Standorte und feindliche Umgebungsanwendungen von NDB machen es zu einem herausragenden Versprechen für Produktivität und futuristische Anwendungen.

Ein Mangel des Internets der Dinge (IoT) liegt in den physischen Geräten selbst. Da jede Funktion (z. B. Beleuchtung) Sensoren und Wi-Fi-Konnektivitätsempfänger benötigt, benötigen sie zwangsläufig Strom. Traditionell wurde dies durch die Verwendung von Batterien und direkter elektrischer Verkabelung erreicht, aber in beiden Fällen gibt es Einschränkungen – Batterien werden leer und Kabel müssen von einem Elektriker eingerichtet werden, was unpraktisch sein kann. Wenn ein NDB verwendet würde, wären die IoT-Geräte vollständig drahtlos und könnten überall platziert werden, ohne dass man sich Gedanken über die Erschöpfung der Batterie machen müsste.

Schlussfolgerung

NDB ist umweltfreundlich, da es keine Emissionen verursacht, inert gegenüber der Umwelt ist und keinen Kobaltabbau erfordert. NDB ist eine energiedichtere, langlebigere, wetterunabhängige Alternative zu herkömmlichen Energiequellen. Die Mehrwerte sind das Fehlen schädlicher Nebenprodukte und das Recycling von Atommüll.

Die Technologie hat das Potenzial, andere Energiequellen wie Benzin und Lithium-Ionen-Batterien zu ersetzen und ihre negativen Umweltauswirkungen durch Emissionen und giftige Metallabfallprodukte zu verringern.

Ein weiterer Trend ist die Verknappung von Kobalt, einem entscheidenden Bestandteil von Li-Ionen-Batterien. Da die NDB kein Kobalt enthält, ist sie eine Lösung, die von der Versorgungsknappheit ihres Rohstoffs nicht betroffen ist.

Schließlich ist einer der wichtigsten jüngsten Trends der plötzliche Anstieg der Nachfrage nach Elektrofahrzeugen. Regierungen auf der ganzen Welt arbeiten daran, Fahrzeuge mit fossilen Brennstoffen auf Elektrofahrzeuge umzustellen – ein Markt, der für NDBs ideal ist.

Dieser Artikel wurde von Dr. Nima Golsharifi, Chief Executive Officer von NDB (San Francisco, CA) beigesteuert. Weitere Informationen finden Sie hier .