Wissenschaftler der britischen Atomenergiebehörde (UKAEA) und der Universität Bristol haben eine Diamantbatterie entwickelt, die mehr als 5.000 Jahre lang betrieben werden kann. Die aus Kohlenstoff-14 gefertigte Batterie hat das Potenzial, schwer zu wartende Geräte mit Strom zu versorgen. Diese Batterien werden als Betavoltaik-Batterien bezeichnet, was bedeutet, dass sie die schwindende Kraft des Kohlenstoff-14-Isotops in Elektrizität umwandeln. Laut einem 2016 von der Universität Bristol veröffentlichten Pressevideo können die Batterien dadurch kontinuierlich elektrischen Strom erzeugen.
Kohlenstoff-14 ist ein bekanntes Isotop, das bei der Radiokarbondatierung verwendet wird, um das Alter organischer Materialien zu bestimmen. Wissenschaftler sagen jedoch, dass das Isotop, sobald es in Diamant umgewandelt und dann in eine andere Diamantschicht eingebracht wird, zu einer langlebigen Batterie wird, die in den rauesten Umgebungen eingesetzt werden kann. Dies bedeutet, dass sie sowohl im Weltraum als auch auf der Erde eingesetzt werden könnten, an Orten, an denen normale Lithiumbatterien möglicherweise nicht sicher funktionieren, beispielsweise in Raumfahrzeugen mit Atomantrieb.
Verwandeln Sie Abfall in Energie
Der Betrieb von Betavoltaikbatterien besteht darin, die abnehmende Leistung radioaktiver Isotope in elektrischen Strom umzuwandeln. Dies ist möglich, weil Isotope beim Zerfall Betateilchen aussenden. Diese Partikel kollidieren dann mit dem in der Batterie platzierten Halbleitermaterial – der Diamantschicht in diesem Batteriedesign – und setzen einige Elektronen frei. Die freigesetzten Elektronen sind dann für die Erzeugung des elektrischen Stroms in den Diamantbatterien verantwortlich.
Atommüll kann lange haltbar sein, was die Langzeitlagerung teuer macht. Und während wir Wege gefunden haben, den nuklearen Zerfall zu beschleunigen, ist die Suche nach neuen Verwendungsmöglichkeiten für Abfälle eine großartige Möglichkeit, die Lagerkosten zu senken und neue Entwicklungen zu fördern. In diesem speziellen Fall erhitzten die Universität Bristol und die UKAEA gebrauchte Graphitblöcke aus britischen Nuklearanlagen. Dies ermöglichte es den Wissenschaftlern, Kohlenstoff-14 in gasförmiger Form von der Oberfläche der Blöcke zu sammeln und vollständig zu entfernen. Dies trug nicht nur dazu bei, die Radioaktivität der Blöcke zu reduzieren, sondern ermöglichte es den Forschern und Ingenieuren, die hinter diesen Fortschritten standen, auch, den Kohlenstoff-14 zu verarbeiten und in Diamanten umzuwandeln.
Allerdings bleiben Diamanten radioaktiv, da sie vollständig aus Kohlenstoff-14 bestehen. Das bedeutet, dass sie dann in eine weitere Diamantschicht gelegt werden müssen, um die Strahlung zu absorbieren und einzudämmen. Die äußere Diamantschicht dient nicht nur als Rückhaltesystem, sondern trägt auch dazu bei, die Effizienz der Stromerzeugung auf nahezu 100 % zu steigern.
Eine absolut sichere Lösung, die die Zivilisation überleben kann
„Kohlenstoff-14 wurde als Ausgangsmaterial ausgewählt, weil es Strahlung mit kurzer Reichweite aussendet, die von jedem festen Material schnell absorbiert wird“, bemerkte Dr. Neil Fox von der School of Chemistry in einer Pressemitteilung. Normalerweise würde dies bedeuten, dass das Verschlucken oder sogar Berühren von Kohlenstoff-14 gefährlich ist. Allerdings kann keine dieser kurzreichweitigen Strahlung entweichen, wenn Kohlenstoff-14 in einen Diamanten eingebracht wird. Dies bedeutet, dass die außerhalb der Batterie erfasste Strahlungsmenge geringer ist als die einer einzelnen Banane, was die Verwendung dieser Batterien auf vielfältige Weise außerordentlich sicher macht.
Da Kohlenstoff-14 eine Halbwertszeit von 5.730 Jahren hat, können Batterien alles, was sich in ihnen befindet, mit Strom versorgen, ohne dass sie jemals aufgeladen werden müssen. In Kombination mit ihrer geringeren Leistungsabgabe als normale Batterien könnten sie dadurch zu einer perfekten Alternative für die Stromversorgung von Geräten werden, die nicht viel Energie benötigen, sich aber ohne Operation oder umfangreiche Wartung nur schwer austauschen oder aufladen lassen.