Science 04.06.2018

Russische Forscher entwickeln langlebige Nuklear-Batterie

© Bild: Technological Institute for Superhard and Novel Carbon Materials

Die Batterie nutzt den Beta-Zerfall von Nickel-63 und könnte Schrittmacher ein Leben lang mit Strom versorgen.

Ein russisches Forscherteam hat eine neue Art von Batterie entwickelt, die radioaktives Nickel-63 als Energiequelle nutzt. Die Idee, aus Radioaktivität elektrische Energie zu gewinnen, ist schon über 100 Jahre alt. Bisherige Konzepte waren aber meist viel zu klobig, um im Alltag zu bestehen. Der russische Prototyp hingegen fasst zehn mal so viel Energie, wie eine vergleichbare elektrochemische Batterie derselben Größe, schreibt ScienceAlert.

Batterien, die auf Radioaktivität basieren, können theoretisch Jahrzehnte oder gar Jahrhunderte lang Strom liefern. Der Strom fließt in der russischen Erfindung, wenn die Betateilchen, die beim Zerfall von Nickel-63 entstehen, Elektronen aus einem anderen Material "herausschießen". Die Lebensdauer der Batterie wird dabei von der Halbwertszeit des verwendeten radioaktiven Materials bestimmt. Im Fall von Nickel-63 liegt sie bei etwa 100 Jahren.

Schlechter Ruf

Die Zahl der Elektronen, die durch den Betazerfall freigesetzt wird, ist allerdings vergleichsweise gering, weshalb derartige Nuklearbattterien üblicherweise einen Kondensator nutzen, um mehr Energie abgeben zu können. Dadurch werden die Batterien aber klobig. Die russischen Forscher haben dieses Problem gelöst, indem sie die Schichten ihrer Batterie dünn halten. Der 5 x 5 x 3,5 Millimeter große Prototyp besteht aus zwei Mikrometer dünnen Schichten aus Nickel-63-Folie mit 24-prozentiger Konzentration, die zwischen Diamantschichten und Schottky-Dioden eingebettet sind, die dafür sorgen, dass der Strom nur in eine Richtung fließen kann.

© Bild: V. Bormashov et al./Diamond and Related Materials

Die gravimetrische Energiedichte der Batterie liegt bei 3.300 Milliwattstunden pro Gramm, der maximale Output bei 0,93 Mikrowatt. Das ist deutlich mehr als bisherige Nickel-63-Batteriekonzepte erreichen konnten, für den Betrieb eines Smartphones oder vergleichbarer Geräte reicht das aber nicht. Für Herzschrittmacher und andere Implantate könnten diese Werte aber interessant sein. Bislang werden solche Geräte mit elektrochemischen Batterien versorgt, die wenn sie leer sind durch einen operativen Eingriff getauscht werden müssen.

Das wäre bei der Nickel-63-Batterie nicht notwendig, da sie ein Menschenleben lang Strom liefern kann. Es bleibt allerdings das Problem, potenzielle Patienten von der Sicherheit der Technologie zu überzeugen. Radioaktivität hat nicht den besten Ruf. Zudem könnten Schrittmacherbatterien in Zukunft vielleicht drahtlos aufgeladen werden, was den Vorteil des russischen Konzepts zunichte machen würde.

( futurezone ) Erstellt am 04.06.2018