Stromspeicher aus Atommüll

Batterien, die 28.000 Jahre ihre Ladung behalten

Li-Ionen-Batterie am Berliner Effizienzhaus Plus – Foto © Gerhard Hofmann für Solarify

Forscher haben festgestellt, dass Batterien aus Nanodiamanten 28.000 Jahre lang halten könnten: Die kalifornische Batterie-Firma NDB sagt, dass ihre Nano-Diamant-Batterien wie winzige Generatoren wirken, indem sie übrig gebliebenes radioaktives Material aus Kernreaktoren nutzen, um elektrische Energie zu erzeugen. Unbehandelt ist die radioaktive Graphitkomponente hochgefährlich, schwer sicher zu lagern und hat eine sehr lange Halbwertszeit.

NDB reinigt dieses Graphit und verwendet es zur Herstellung von Kohlenstoff-14-Diamanten. Diese Diamantschicht wird mit einer weiteren Schicht, diesmal aus Kohlenstoff-12-Diamanten, überzogen, die als manipulationssicherer Schutz für das radioaktive Material dient. Diese Strukturen werden dann übereinander geschichtet, um eine Zelle zu schaffen, die Strom erzeugen kann. NDB sagt, dass die Struktur in jede Art von standardisierter Batteriegröße, wie AA, AAA und so weiter, umgewandelt werden kann. Die von der Batterie abgegebene Strahlung ist dabei geringer als die natürliche Strahlung des menschlichen Körpers. Es besteht also kein radioaktives Risiko.

Solche Batterien wären nicht nur für die Welt der Elektroautos und Mobiltelefone von Vorteil, sondern ihre Anwendung wäre auch in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Medizintechnik sinnvoll. Dieser Artikel behandelt die Entwicklung, Kommerzialisierung und Anwendung neuartiger Nano-Diamant-Batterien.

2016 demonstrierten Forscher bei der jährlichen Vorlesung des Cabot-Instituts der Universität Bristol zum ersten Mal eine neuartige Technologie, die Atommüll zur Energiegewinnung nutzen könnte. Sie nannten ihr Produkt “Diamantbatterien”. Vier JAhre später hat NDB die erste Nano-Diamant-Batterie entwickelt, die bis zu 28.000 Jahre ohne Aufladung durchhalten könnte. Auch diese Batterie basiert auf der Verwertung von Atommüll.

Diamant-Batterien

Herkömmliche Technologien zur Stromerzeugung nutzen die Energie zur Bewegung eines Magneten über eine Drahtspule, um einen Strom zu erzeugen. Die Diamantbatterie kann jedoch Strom erzeugen, wenn sie in der Nähe einer radioaktiven Quelle platziert wird. Ein Forscherteam der University of Bristol hat einen von Menschenhand geschaffenen Diamanten entwickelt. Dieses Material kann eine geringe elektrische Leistung erzeugen, wenn es unter den Einfluss eines radioaktiven Feldes gebracht wird.

Die Forscher am Cabot Institute haben Nickel-63 als radioaktive Quelle für die Demonstration eines Prototyps einer “Diamantbatterie” verwendet. Die radioaktive Quelle ist in einem Diamanten eingekapselt, um eine atombetriebene Batterie zu ermöglichen. Das Team hatte jedoch vor, radioaktiven Kohlenstoff-14 zu verwenden, um eine Batterie mit größerer Effizienz zu erhalten. Tom Scott, Professor für Materialien an der University of Bristol, erläuterte die Vorteile der Technologie. Er sagte, dass diese Technologie die langfristige Produktion von sauberer Energie aus nuklearem Abfall ermögliche und keine Wartung erfordere, da es keine beweglichen Teile oder Emissionen gebe.

Entwicklung von Nano-Diamant-Batterien durch NDB

Im Jahr 2020 kündigte NDB zwei Proof-of-Concept-Tests an, die am Cavendish Laboratory der Universität Cambridge und am Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien durchgeführt wurden. Die Nano-Diamant-Batterie von NDB nutzte dabei Atommüll zur Stromerzeugung. Der radioaktive Kern ist mit mehreren Schichten aus synthetischen Diamanten oder polykristallinem Diamant geschützt. Der polykristalline Diamant ist ein außergewöhnlich wärmeleitfähiges Material. Dieses Material kann auch die Strahlung innerhalb des Geräts eindämmen. Die Verwendung eines polykristallinen Diamanten macht die Nano-Diamant-Batterie immens robust und manipulationssicher.

Ein Team von Physikern und Chemikern der Universität Bristol hofft, nun radioaktives Material direkt aus einem ehemaligen Kernkraftwerk in Gloucestershire zu recyceln, um ultralanglebige Stromquellen zu erzeugen. Die Arbeiten am Berkeley-Kraftwerk haben begonnen, um im Rahmen des Stilllegungsprogramms radioaktive Abfallprodukte von dem Gelände zu entfernen. Durch die Extraktion von Kohlenstoff-14-Isotopen aus dem bestrahlten Graphit würden Zeit und Kosten der Aufräumarbeiten erheblich reduziert werden. Berkeley wurde 1989 stillgelegt und es ist gerade erst gefahrlos geworden, mit der Entfernung radioaktiver Abfallprodukte aus der Anlage zu beginnen.

Die Technologien hinter der Entwicklung von Nano-Diamant-Batterien, die Strahlung, thermische und mechanische Sicherheit gewährleisten, werden im Folgenden erläutert:

Diamant-Nano-Voltaik (DNV) besteht aus einem Halbleiter. Einzelne Einheiten werden zu einer Stapelanordnung verbunden und so eingestellt, dass eine positive und negative Kontaktfläche analog zu einem Standard-Batteriesystem entsteht. Dieses Design verbessert die Gesamteffizienz des Systems, was die Erzeugung einer beträchtlichen Menge an Elektrizität und eine mehrschichtige Sicherheitsabschirmung für das Produkt beinhaltet.

Alle radioaktiven Isotope können hohe Mengen an Wärmeenergie erzeugen. Ein einkristalliner Diamant (SCD) in der DNV-Einheit und die strategische Platzierung der radioaktiven Quelle zwischen den DNV-Einheiten verhindert die Selbstabsorption von Wärme durch das Radioisotop.
Die NDB-Technologie nutzt Alpha-, Beta- und Neutronen-Strahlung unter Verwendung einer Bor-10-Dotierung, die dazu beiträgt, das zusätzliche Neutron in die Alpha-Strahlung umzuwandeln. Dieses Design ermöglicht auch die schnelle Umwandlung von Strahlung in nutzbare Elektrizität.
Das fortschrittliche, flexible Strukturdesign ermöglicht es, jede beliebige Form anzunehmen, je nach Anwendung. Diese Eigenschaft macht den NDB extrem marktfreundlich.
Die Verwertung von radioaktivem Abfall ist ein Thema, das viele nicht erforscht haben. NDB nutzt radioaktive Abfälle und verwertet sie durch Wiederaufbereitung und Recycling. Diese Technologie sorgt für Nachhaltigkeit und schafft eine saubere Energiequelle, und das Erreichen dieses Ziels hat den zusätzlichen Vorteil, dass es die Sicherheit der Umwelt gewährleistet.

Forscher glauben, dass diese Technologie die Kosten und Herausforderungen der Lagerung von Atommüll in der nützlichsten Form reduzieren würde. NDB stellte sich die Koexistenz von Innovation und Wiederherstellung einer gesunden Umwelt vor. Die Umsetzung ihrer innovativen Technologie würde den Lebensstandard verbessern und den Weg für die Entwicklung umweltfreundlicher, grüner und nachhaltiger Energie ebnen.

Die Zukunft der Nano-Diamant-Batterien

Da unser tägliches Leben stark von mobilen, batteriebetriebenen Geräten abhängt, steigt die Nachfrage nach effizienten und kostengünstigen Batterien rapide an. Herkömmliche Batterien haben mehrere Bedenken, zu denen die globale Erwärmung und die Abfallanhäufung gehören. Die Nano-Diamant-Batterien überwinden diese Einschränkungen herkömmlicher Batterien in Bezug auf Langlebigkeit und weit verbreitete Anwendungen. John Shawe-Taylor, University College of London, erklärte, dass diese Technologie die Lösung für die weltweite Energiekrise sein könnte, mit “nahezu null Umweltbelastung und Kosten für den Energietransport”.

Das Team von NDB kündigte an, der erste kommerzielle Prototyp der Batterie werde noch in diesem Jahr verfügbar sein. Sie sprachen außerdem von hoher Nachfrage nach ihrem Produkt: Viele Organisationen, darunter Luft- und Raumfahrtunternehmen und ein führendes Unternehmen im Bereich des nuklearen Brennstoffkreislaufs ständen als Kunden in der Warteschlange.

Anwendungen von Nano-Diamant-Batterien

Automobilindustrie: NDB kann eingesetzt werden, um die Revolution der Elektrofahrzeuge voranzutreiben und die Branche in nie dagewesene Bereiche der Effizienz und Langlebigkeit zu führen. NDB ist ideal positioniert, um zu Veränderungen in dieser Industrie beizutragen und diese anzuführen, indem es den primären Engpass in EV-Fahrzeugen, die Batterie, adressiert, die so lange halten kann wie das Fahrzeug selbst.

Industrie: Die Sicherheit, die Leistungsabgabe und die Universalität von NDB machen diese Technologie zu einem idealen industriellen Partner, um Strom in viele Routineanwendungen und solche, die schwierig zu implementieren sind, zu bringen. Rechenzentren, abgelegene Standorte und Anwendungen in feindlichen Umgebungen machen NDB zu einem herausragenden Versprechen für Produktivität und futuristische Anwendungen.

Medizintechnik: Diese Batterien könnten einen immensen Beitrag zu medizinischen Geräten leisten, insbesondere zu implantierbaren Geräten, zum Beispiel Herzschrittmachern und Hörgeräten. Die lange Batterielebensdauer von Nano-Diamant-Batterien wäre für Patienten, die solche medizinischen Implantate verwenden, äußerst vorteilhaft. In-situ-Medizinprodukte und implantierbare Geräte können von einer langen Batterielebensdauer in einem kleineren Gehäuse profitieren, mit dem zusätzlichen Vorteil der Sicherheit und Langlebigkeit.

Luft- und Raumfahrt: Zu den jüngsten Fortschritten in der Raumfahrttechnologie gehört die Entwicklung von Elektroflugzeugen, die eine Nachfrage nach Batterien mit langer Lebensdauer und Sicherheit geschaffen hat. Raumfahrzeuge und Satelliten werden derzeit durch Solarenergie unterstützt, die einer unruhigen Weltraumumgebung ausgesetzt ist. NDB versorgt elektrische Flugzeuge, Drohnen und Raumstationen über einen längeren Zeitraum. Satelliten und Raumfahrzeuge sind stark auf Solarenergie angewiesen, die durch die Hash-Weltraumumgebung gestört werden kann. NDB kann genutzt werden, um Drohnen, Elektroflugzeuge, Weltraumrover und -stationen mit Energie zu versorgen und gleichzeitig eine längere Aktivität zu ermöglichen.

Elektronik: Die Verwendung von NDB zur Stromversorgung von Standard-Elektronikgeräten wie Laptops und Smartphones negiert die Notwendigkeit, solche Geräte ständig aufzuladen. NDB behauptet, dass die Verwendung ihres Produkts den Verbrauchern zugute käme, indem sie ihnen von der Steckdose unabhängige Geräte zur Verfügung stellen und das persönliche Quanten-Computing und die Rechenleistung des Geräts erhöhen. NDB kann in Überwachungssystemen und Elektronik eingesetzt werden.

Unterhaltungselektronik: Mit NDB kann jedes Gerät, das Sie besitzen, sei es ein Smartphone oder ein Laptop, einen Miniatur-Stromgenerator enthalten und so die Notwendigkeit des ständigen Aufladens negieren, während es gleichzeitig eine kosteneffektive Lösung bietet, um den sinkenden Verkaufszahlen der Hersteller entgegenzuwirken. Zu den Vorteilen gehören von Steckdosen unabhängige Geräte, eine höhere Rechenleistung der Geräte und sogar die Möglichkeit für den Aufstieg des persönlichen Quantencomputers.

Solarify zügelt seine aufkommende Begeisterung und verbleibt einstweilen in der Warteschlange – die (bisher noch ziemlich unbewiesenen) “28.000 Jahre” nähren die Skepsis…

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