科学者たちは世界初の新世代ベータボルタ電池を開発しました。この高度な電源は、高効率で知られる最先端の材料であるペロブスカイト吸収層に放射性同位体電極を直接接続することによって作られています。
性能を向上させるために、研究チームは炭素 14 ベースの量子ドットを電極に埋め込み、ペロブスカイト層の構造を改善しました。これらの革新により、非常に安定した出力と優れたエネルギー変換効率が実現します。
Chemical Communications誌に掲載されたこの研究結果は、韓国国立科学技術院エネルギー科学工学部のSu-Il In教授(クヌ・リー学長)が主導したものである。
新しく開発された技術は、充電を必要とせずに安定した長期電力供給を提供するため、宇宙探査、埋め込み型医療機器、軍事用途など、長期的な電力自立が必要な分野にとって有望な次世代エネルギーソリューションとなります。
電子機器の小型化と高度化の急速な発展に伴い、頻繁な充電の必要性を最小限に抑えるための革新的な電源技術のニーズが高まっています。しかし、リチウム電池やニッケル電池を含む現在主流の電池は寿命が短く、高温や湿気の影響を受けやすいため、極端な環境での信頼性が制限されます。数年、あるいは数十年にわたって安定した電力を供給できるベタボルタ電池技術が、強力な代替手段として浮上しつつあります。
ベータボルタ電池は、自然の放射性崩壊中に放出されるベータ粒子を捕捉することによって電気を生成します。理論的には、メンテナンスなしで数十年間動作することができます。ベータ粒子は人間の皮膚を通過できないため、優れた生物学的安全性の利点もあります。しかし、放射性物質の取り扱いや物質の安定性の確保における課題により、実用的な進歩は限られています。
これらの課題を克服するために、In 教授のチームは、炭素 14 ベースの同位体電極と高効率ペロブスカイト吸収体層を組み合わせたハイブリッド量子ベータボルタ電池を開発しました。これらは、ペロブスカイト結晶構造を正確に制御し、塩化メチルアンモニウム (MACl) や塩化セシウム (CsCl) などの添加剤を使用することにより、電荷輸送特性を大幅に改善しました。
最終的に、開発されたベータボルタ電池は、従来のシステムと比較して約56,000倍の電子移動度の増加を達成し、最大9時間の連続動作にわたって安定した出力を維持し、優れた性能を実証しました。
イン・スイル教授は「今回の研究はベータボルタ電池の世界初の実用化となる。次世代の極限環境電源技術の実用化を加速し、さらなる小型化と技術移転を実現していく」とコメントした。共同筆頭著者で博士課程の学生であるジュノ・リー氏は、「この研究には、しばしば不可能に思える日常的な課題が伴うが、私たちは強い使命感に突き動かされており、国の将来がエネルギー安全保障と密接に関連していることを知っている」と付け加えた。
/scitechdaily から編集