No início do ano, a China, por meio da Betavolt Technology, anunciou o sucesso de uma bateria que funcionava graças à energia atômica com capacidade para durar meio século, após testes em laboratório. A chave era o níquel-63 e um sofisticado semicondutor de diamante. Agora, os chineses acabam de dobrar a aposta com uma pequena bateria fotovoltaica nuclear.
Bateria para "tudo"
Um trabalho publicado na Nature e realizado por um grupo de pesquisadores da Universidade Soochow, na China, afirma ter conseguido uma pequena bateria nuclear, alimentada por decaimento radioativo em vez de reações químicas, que poderia durar décadas, até século.
Não só isso. Como eles enfatizam, é o design mais eficiente até o momento e está muito perto de se tornar realidade. Quanto? O trabalho afirma ter melhorado a eficiência do design de uma bateria nuclear em cerca de 8 mil vezes.
Bateria nuclear
Os pesquisadores estavam procurando uma maneira de aproveitar os raios alfa liberados pela decomposição de isótopos radioativos em um campo onde a maioria dos avanços se concentrou precisamente na radiação beta. Embora a crescente demanda por soluções de energia limpa e fontes de energia alternativas pequenas e duráveis tenha despertado muito interesse na pesquisa de baterias nucleares, os radioisótopos alfa são considerados os concorrentes mais prováveis para uma bateria micronuclear.
O motivo? A alta energia de decomposição dos radioisótopos alfa (entre quatro e seis megaeletronvolts (MeV)) oferece, pelo menos em teoria, o potencial de superar em muito os dispositivos de radioisótopos beta, cujas energias de decomposição atingem várias dezenas de quiloeletronvolts (keV) na melhor das hipóteses.
Problema a ser resolvido
Devido à sua penetração extremamente curta em sólidos, entretanto, as partículas alfa perdem energia substancial por meio do efeito de auto absorção. "Essa auto absorção reduz significativamente a saída de energia real das baterias micronucleares de radioisótopos alfa testadas para níveis bem abaixo das expectativas teóricas", diz o autor principal.
Wang, que passou anos focado nas necessidades estratégicas da China para o desenvolvimento nuclear sustentável e segurança, juntou-se a uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia Nuclear do Noroeste e da Universidade de Xiangtan para projetar esta bateria nuclear que tem uma camada interna atuando como um painel solar para utilizar radiação alfa de forma otimizada.
O "truque"
Essa foi a chave, adicionando à equação o que eles chamaram de "conversor de energia integrado", uma camada de polímero que envolve os isótopos que transmite a energia liberada durante a radiação convertendo-a em luz e depois em eletricidade, assim como uma célula fotovoltaica. Usando apenas 11 microcúrios do produto químico radioativo sintético 243Am, a matriz produziu radioluminescência visível a partir do raio alfa emitido pela decadência do isótopo.
Com base em suas análises, experimentos subsequentes determinaram que a saída de energia de luminescência foi de 11,88 nanowatts, com uma eficiência de conversão de energia de decaimento para luz atingindo impressionantes 3,43%. O dispositivo, um tipo de bateria nuclear fotovoltaica, converte radioatividade em energia elétrica, "e tem uma vida útil extraordinariamente longa que funciona independentemente de variações de temperatura".
Números surpreendentes
O artigo afirma que esta bateria, ainda experimental, tem uma eficiência total de conversão de energia de 0,889% e produz 139 microwatts por cúrio. Além disso, o design foi validado por meio de testes experimentais e teóricos que mostraram uma melhoria de 8 mil vezes na eficiência de conversão de energia em comparação com arquiteturas de bateria convencionais.
Como os autores apontam, "o conversor de energia é excepcionalmente estável, com parâmetros de desempenho quase inalterados ao longo de 200 horas de operação contínua. Como a meia-vida de 243Am abrange vários séculos, a bateria pode ter uma vida útil igual."
O futuro
Como em todo trabalho experimental, teremos que esperar para confirmar os números, mas a conquista aponta para um dos avanços mais significativos no campo das baterias nucleares nas últimas décadas, pois não apenas aborda as principais necessidades estratégicas em termos de segurança nuclear e desenvolvimento nuclear sustentável (neste caso, da China), mas também parece oferecer uma nova abordagem para o uso de recursos de resíduos nucleares.
Quanto à sua implementação, parece claro que, embora trabalhem para melhorar ainda mais a eficiência e a segurança das baterias, a descoberta pode ser revolucionária de forma direta em áreas como exploração espacial, missões em alto mar e sistemas de rastreamento remoto onde fontes de energia autônomas e confiáveis são necessárias.
Imagem | Exploração Oceânica NOAA , Kai Li et al.
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