Batteries nano-diamant : Énergie écologique, haute performance pour tous les appareils

La vie moderne dépend fortement des dispositifs mobiles alimentés par batterie affectant les aspects quotidiens de nos vies, allant des dispositifs de télécommunication aux véhicules de transport. Il y a une demande croissante pour des batteries efficaces et rentables. Les batteries conventionnelles ont été criblées de nombreuses préoccupations et à l'ère de la conscience croissante sur le réchauffement climatique et l'accumulation des déchets, la production doit être en ligne avec les principes et processus de développement durable.

La Nano Diamond Battery (NDB) est une batterie voltaïque alpha, bêta et neutron à haute puissance, à base de diamant, qui peut fournir une énergie verte et durable pour de nombreuses applications et surmonter les limitations des batteries chimiques existantes. La NDB agit comme un minuscule générateur nucléaire. La source d'énergie pour la NDB est des radio-isotopes de niveau intermédiaire et élevé qui sont blindés pour la sécurité par plusieurs niveaux de diamant synthétique. L'énergie est absorbée dans le diamant par un processus appelé diffusion inélastique, qui est utilisé pour générer de l'électricité. Le processus d'auto-charge fournira une charge pour la durée de vie complète de n'importe quel dispositif ou machine, avec jusqu'à 28 000 ans de durée de vie de la batterie.

Puisque la batterie est auto-chargeante et ne nécessite qu'une exposition à l'air naturel, tout excès de charge peut être stocké dans des condensateurs, supercondensateurs et cellules secondaires pour prolonger la durée de vie de la batterie pour les téléphones portables, avions, fusées, véhicules électriques, capteurs et autres dispositifs et machines.

Technologies du système

Technologie Diamond Nuclear Voltaic (DNV) — En tant que dispositif, le DNV est une combinaison d'un semi-conducteur, métal et céramique qui a deux surfaces de contact pour faciliter la collecte de charge. Plusieurs unités simples sont connectées ensemble via des canaux conducteurs qui sont fabriqués par dépôt de Ni sur le côté du DNV pour créer un contact +ve et -ve du système de batterie, ce qui est appelé empilements DNV. Entre ceux-ci se trouvent des radioisotopes qui, lors de leur désintégration, libèrent soit une radiation alpha, bêta ou neutron. Cela est alors diffusé inélastiquement dans le diamant monocristallin (SCD) dans l'unité DNV pour générer des charges qui sont collectées par les collecteurs de charge.

Chaque couche de la pile DNV consiste en une source de sortie à haute énergie. Ce type d'arrangement améliore l'efficacité globale du système et fournit un bouclier de sécurité multicouche pour le produit.

Conversion rapide de rayonnement en électricité — Tous les radioisotopes sont connus pour produire de grandes quantités de chaleur. Le placement stratégique de la source entre les unités DNV facilite la diffusion inélastique originaire due à la présence de SCD dans l'unité DNV. Ce design empêche l'auto-absorption de chaleur par le radioisotope et permet une conversion rapide en électricité utilisable.

Structure en film mince — Le profil en film mince exhibé par la NDB permet l'absorption de rayonnement dans le SCD avec une auto-absorption minimale. En raison de sa structure de conception flexible, cette technologie peut prendre n'importe quelle forme et forme conformément à l'application. La NDB peut être faite aussi grande que l'application l'exige, où la limite de taille minimum est de 40 μm.

Processus de recyclage nucléaire — Les déchets radioactifs sont retraités et recyclés pour permettre la durabilité et promouvoir une source d'énergie propre dans un environnement sûr et sécurisé.

Caractéristiques de sécurité

Les innovations clés de la NDB sont des caractéristiques de sécurité sophistiquées couvrant la sécurité thermique, mécanique et radiologique.

Encapsulateur en diamant — La sécurité radiologique est atteinte par l'encapsulation du DNV en utilisant un encapsulateur en diamant qui contient le rayonnement dans le dispositif. Les piles DNV, avec la source, sont revêtues d'une couche de diamant polycristallin, qui est connu pour être le matériau le plus conductif thermiquement et a la capacité de contenir le rayonnement dans le dispositif. Il est aussi 12 fois plus résistant que l'acier inoxydable, rendant la batterie robuste et à l'épreuve du sabotage.

Les nanocouches sont faites de chrome et de plomb dans une structure « trou et capuchon » qui capture le rayonnement du DNV. Le trou agit comme un canal de conduction thermique qui conduit la chaleur vers la partie externe de l'encapsulateur. Pendant que le capuchon capture le rayonnement qui sort du trou intégré dans le composant encapsulateur en diamant de la NDB, il peut absorber et contenir le rayonnement secondaire aussi bien que le rayonnement primaire proche des niveaux de rayonnement de fond.

Évents thermiques intégrés — La source à haute énergie présente dans le système de batterie produit de la chaleur pendant l'opération. Cela mène à la conduction thermique dans le système. Les évents thermiques dans le système aident à conduire ce processus par rapport à la surface externe du diamant pour maintenir les intérieurs à un niveau optimal.

SCD dopé au bore — Pour utiliser chaque aspect du système, la NDB — en plus de l'alpha et du bêta — incorpore aussi l'utilisation de la radiation neutron avec le dopage bore-10. Le dopage aide à convertir le neutron supplémentaire en rayon alpha.

Système de verrouillage — L'utilisation d'une source d'énergie nucléaire pour un système de batterie soulève la question de la prolifération nucléaire due à la production d'isotopes fissiles tels que Pu-238 et U-232. Pour s'attaquer à ce problème, la NDB utilise un mécanisme d'implantation ionique, appelé « système de verrouillage », qui empêche l'utilisation autre que la génération d'énergie. Cela augmente l'utilisabilité en répondant aux exigences de sécurité des consommateurs.

Applications

Automobile — Les véhicules électriques ont été fortement promus par divers gouvernements et en tant que tel, c'est l'un des domaines à la croissance la plus rapide ces dernières années. Naturellement, son composant clé — la batterie qui propulse le véhicule — a aussi été fortement développé. En tant que solution de batterie, la NDB alimente les aspects traditionnels de la voiture ainsi que les moteurs. Ce qui est peut-être le plus intéressant est que des innovations telles que les affichages tête haute, la réalité augmentée, la conduite autonome et l'IA embarquée pourraient aussi être supportées en utilisant la NDB.

La NDB pourrait être utilisée pendant la journée pour alimenter la voiture ; la nuit quand la voiture est garée, la VE alimentée par NDB pourrait être branchée sur une maison où la charge générée pourrait alors alimenter la maison et tout excès pourrait être vendu au réseau. Cela signifie effectivement que le réseau national fait du crowdsourcing d'électricité, allégeant la demande accrue d'électricité qui vient avec le taux d'adoption accru des VE.

Aérospatial — Le marché de l'aviation est vaste et beaucoup d'avancées technologiques viennent de la révolution numérique. Quelques exemples d'utilisation de la NDB incluent la sécurisation de l'alimentation essentielle pour des zones telles que le cockpit pour améliorer la sécurité des compagnies aériennes et l'alimentation de la boîte noire pour aider au sauvetage d'avions manquants. La boîte noire envoie un signal périodiquement pour diffuser sa position ; cependant, la disponibilité du signal est basée sur la batterie qui l'alimente. Actuellement, la limitation dans la charge de la batterie de la boîte noire restreint le temps de recherche puisque le signal de localisation deviendra indisponible une fois que la charge de la batterie s'épuisera. La NDB sera capable d'augmenter la durée de vie de la batterie de la boîte noire, permettant à l'équipe de recherche une plus grande chance de sauvetage.

Les avancées récentes dans la technologie spatiale et l'essor des avions électriques ont conduit à une demande accrue sur leurs systèmes de batterie, entravée par des préoccupations concernant la longévité et la sécurité. Les satellites et véhicules spatiaux comptent fortement sur l'énergie solaire, qui peut être perturbée par des environnements spatiaux hostiles. La NDB peut être utilisée pour alimenter des drones, avions électriques, satellites, rovers spatiaux, combinaisons spatiales et stations tout en permettant une activité plus longue.

Technologie Médicale — Les dispositifs médicaux in-situ et implantables tels que les appareils auditifs et les stimulateurs cardiaques peuvent bénéficier d'une longue durée de vie de batterie dans un emballage plus petit avec l'avantage supplémentaire de la sécurité. Avec la NDB, les patients n'ont plus à s'inquiéter de recharger un stimulateur cardiaque en raison de sa longue demi-vie. Puisque la NDB a une couche d'absorbeur de rayonnement natif intégrée dans sa structure, elle empêche les fuites de rayonnement des dispositifs implantables.

Industriel — La sécurité, la puissance de sortie et l'universalité de la NDB fournissent de l'énergie à de nombreuses applications de routine et à celles qui sont difficiles à implémenter. Les centres de données, les emplacements distants et les applications en environnement hostile de la NDB en font une promesse exceptionnelle pour la productivité et les applications futuristes.

Un défaut de l'Internet des objets (IoT) est dans les dispositifs physiques eux-mêmes. Puisque chaque fonction (comme l'éclairage) aura besoin de capteurs et de récepteurs de connectivité Wi-Fi, ils auront inévitablement besoin d'électricité. Traditionnellement, cela a été satisfait par l'utilisation de batteries et de câblage électrique direct mais dans les deux cas, il y a des limitations — les batteries s'aplatissent et les fils nécessitent un électricien pour les installer, ce qui pourrait être inconvenient. Si une NDB était utilisée, les dispositifs IoT seraient entièrement sans fil et pourraient être placés n'importe où sans avoir à s'inquiéter de la batterie qui s'épuise.

Conclusion

La NDB est verte car elle n'a pas d'émission, elle est inerte pour l'environnement, et ne nécessite pas d'extraction de cobalt. La NDB est une alternative plus dense en énergie, plus durable, indépendante de la météo aux sources d'énergie traditionnelles. Les valeurs ajoutées sont l'absence de sous-produits nocifs et le recyclage des déchets nucléaires.

La technologie a le potentiel de remplacer d'autres sources d'énergie telles que l'essence et les batteries lithium-ion, réduisant leurs impacts environnementaux négatifs causés par l'émission et les déchets de métaux toxiques.

Une autre tendance est la pénurie de cobalt, un composant crucial des batteries Li-ion. Puisque la NDB ne contient pas de cobalt, c'est une solution qui n'est pas affectée par la pénurie d'approvisionnement de sa matière première.

Finalement, l'une des tendances les plus importantes récentes est l'augmentation soudaine de la demande pour les véhicules électriques. Les gouvernements du monde entier travaillent à passer du véhicule à carburant fossile aux véhicules électriques — un marché qui est un ajustement naturel pour les NDB.

Cet article a été contribué par le Dr Nima Golsharifi, Directeur Général de NDB (San Francisco, CA). Pour plus d'informations, visitez .