Наноалмазные батареи

Каждая из них вырабатывает свою энергию в течение десятилетий, даже тысячелетий, используя переработанные ядерные отходы, надежно упакованные в ударопрочные и защищенные от несанкционированного доступа алмазы. Наноалмазная батарея может полностью изменить энергетическое уравнение, поскольку она никогда не требует зарядки и служит много, много лет. Сердце наноалмазной батареи — это распад углерода-14 на азот, антинейтрино и электрон. Вниманию читателей «Гранита науки» предлагается перевод  интервью Лоза Блейна с командой калифорнийской компании NDB (NanoDiamond Battery): генеральным директором д-ром Нимой Голшарифи, главным операционным директором д-ром Мохаммедом Ирфаном и директором по стратегии Нилом Найкером.

Дешевый, безопасный, самозарядный аккумулятор, который десятилетиями обеспечивает высокую мощность без необходимости подзарядки? Это меняет правила игры. Калифорнийская компания NDB дает возмутительные обещания со своей технологией наноалмазных батарей, которая может полностью нарушить модели производства, распределения и снабжения энергией, если будет развернута в большом масштабе.

Мы благодарим членов команды NDB за их время и с нетерпением ждЁм возможности узнавать больше по мере развития. Каждая из этих батарей, которая может быть изготовлена ​​в соответствии с любым существующим стандартом или формой, использует небольшое количество переработанных ядерных отходов, преобразованных в радиоактивную алмазную структуру, покрытую нерадиоактивными лабораторными алмазами для безопасности.

Доктор Нима Голшарифи: Наша батарея основана на бета-распаде и альфа-распаде радиоизотопов. Имеющаяся у нас технология инкапсулирует этот радиоизотоп очень безопасным образом, что позволяет использовать его практически в любом приложении, для которого используются нынешние батареи.

— Какой конкретный тип углерода вы используете, где вы его берете?

Нима: В основном мы используем целый ряд различных изотопов, а не только один конкретный, но доступ к ним осуществляется разными способами. На данный момент у нас есть партнеры, которые могут предоставить их нам. Но в основном они взяты из ядерных отходов. Таким образом, мы можем переработать их и использовать сырье для наших целей. Но мы также можем синтезировать его в больших масштабах на нашем предприятии. Так что оба варианта возможны.

—  Хорошо. Итак, какая часть ядерного реактора создает эти отходы? Что он делает, прежде чем превратится в мусор?

Нима: По сути, некоторые части ядерного реактора, такие как замедлитель и рефрактор, подвергаются облучению от топливных стержней. Со временем они сами становятся радиоактивными. Это та часть, которую они должны хранить как ядерные отходы.

Так что эту часть можно убрать, и с помощью некоторого процесса, будь то газификация или какие-то другие процессы, которые мы разработали, мы можем превратить ее в полезное сырье для наших батарей.

Шейх Мохаммед Ирфан: Доктор Нима, возможно, вы также сможете рассказать о том, насколько велика проблема с отходами для ядерной промышленности в настоящее время.

Нима: Конечно. На данный момент их расходы составляют более 100 млн долларов ежегодно. Ядерные отходы — очень большая проблема во всем мире. И кроме этого, по сути, нет другого способа повторно использовать его в безопасном решении.

То, что мы делаем, решает две задачи в одной. Превращение ядерных отходов в батарею, которая вырабатывает энергию очень безопасным способом. Как только эта батарея используется — а она может иметь очень долгий срок службы — она ​​становится очень безопасным побочным продуктом, не наносящим вреда окружающей среде.

— Верно. Итак, я где-то видел цифру, что эти батареи могут прослужить 28000 лет.

Нима: Позвольте мне исправить это. Это зависит от типа используемого вами радиоизотопа, и для каждого приложения срок службы разный. Но мы можем сказать, что батарея точно проработает в течение всего срока службы самого приложения. Для некоторых приложений намного выше. Итак, если вы говорите об электромобилях, наша батарея может проработать около 90 лет без необходимости подзарядки.

Когда дело доходит до чего-то вроде бытовой электроники, это, скорее, 9 лет. В некоторых небольших сенсорных приложениях это может длиться до 28000 лет.

— Я понимаю. Итак, какое количество этих отходов существует во всем мире? Это супер-обычная штука или разумно конечная?

Нима: В основном мы рассматриваем два разных вида ядерных отходов. Один средний, а другой высокий. Так что наступит время, когда мы переработаем все количество ядерных отходов, и нам потребуются новые решения для сырья. Но, как я уже упоминал, мы сможем производить это сырье другими методами, включая трансмутацию.

Это процесс, который используется в настоящее время, а не то, что мы изобрели сами. Он был изобретен Массачусетским технологическим институтом и включает в себя центрифугу для отделения изотопов. Основным ингредиентом является азот, который является основным компонентом воздуха, поэтому это очень дешевое решение.

— Итак, у вас есть ядерные отходы, они явно опасны для людей. Как становится безопасным использование аккумулятора?

Нима: В принципе, мы можем создать большое укрытие из радиоактивного вещества. В нашей структуре мы используем комбинацию технологий, которые могут сделать ее очень безопасной для пользователей. В основном это связано с тем, что мы используем алмазные структуры.

Сам алмаз имеет разные интересные свойства. Например, это один из лучших радиаторов, доступных на данный момент. Это само по себе покрывает тепловую безопасность. Что касается механической безопасности, алмаз — один из самых прочных материалов в мире. В 11,5 раз прочнее стали. Опять же, это само по себе делает аккумулятор защищенным от взлома и безопасным.

В дополнение к этому, у нас есть комбинация других технологий, в том числе имплантация радиоизотопов в структуру алмаза, что останавливает распространение радиоизотопов, даже если структура разрушена, что невозможно без доступа к специальным инструментам, таким как лазеры и другие.

В общем, я могу сказать, что это комбинация технологий, которые мы либо внедрили, либо изобрели, которые создают очень безопасную конструкцию в виде батареи.

Ирфан: Я хотел бы добавить к этому, что использование радиоизотопов в качестве источника энергии не новость. У нас есть ядерная медицина, где пациентов лечат с помощью контролируемого оборудования, что всегда давало эффективные результаты. Точно так же у нас были атомные подводные лодки и авианосцы. Конечно, это совершенно другой процесс, но он позволяет успешно и безопасно передавать мощность и энергию без проблем с безопасностью.

Доктор Нима подчеркнул, что выбор в качестве материала алмаза является одним из самых прочных природных материалов, и он действует как мощный экранирующий и защитный механизм.

— Верно. Можете ли вы описать, как извлекается и используется энергия?

Нима: Может быть, я могу привести пример, который поможет вам понять. Перейдем к солнечным элементам, они всем известны. Они преобразуют энергию светового излучения в электричество в фотоэлектрических элементах.

В нашем случае мы преобразуем излучение альфа / бета-распада — альфа- и бета-излучение — непосредственно в электричество. И механизм, который мы используем, — это простой кристаллический алмаз. Как я упоминал ранее, у нас есть еще один слой, который представляет собой полностью кристаллический алмаз, создающий дополнительную защиту и безопасность для этой структуры.

Нил Найкер: Нима описывает то, как радиоактивность, производимая телом, на самом деле больше, чем то, что вы получаете от этих батарей. Они в безопасности.

— Итак, с точки зрения оценки аккумуляторов для использования в автомобилях, eVTOL и тому подобных вещах, кажется, что основными показателями являются плотность энергии, удельная мощность, безопасность при аварии и тому подобное. Вы знаете, на какие цифры вы смотрите с этими батареями?

Нима: Когда дело доходит до плотности энергии, плотность энергии основного радиоизотопа намного превосходит все остальное на рынке.

Что касается удельной мощности, то решение, которое у нас есть, даст более высокий уровень. Но по сравнению с тем, как плотность энергии выше, плотность мощности не намного выше. Но он по-прежнему значительно лучше, чем другие аккумуляторы на рынке.

Что касается сбоев, никакая авария вообще не могла разрушить нашу структуру. Потому что вы используете алмаз и особые механизмы, которые делают его сильнее. Единственный способ преодолеть имеющуюся у нас структуру — это использование специальных инструментов и лазеров, которые довольно дороги.

Нил: Другой способ взглянуть на это — представить это в iPhone. С батареей того же размера он будет заряжать вашу батарею от нуля до полной пяти раз в час. Представьте себе, что. Представьте себе мир, в котором вам вообще не придется заряжать аккумулятор в течение дня. А теперь представьте себе неделю, месяц… Как насчет десятилетий? Вот что мы можем делать с помощью этой технологии.

— Это ударит по самой сути одноразовой модели, которую обычно используют телефонные компании.

Нил: Вы попали в точку. Пару вещей. Один из них — это способность масштабировать вещи. Мы можем начать с наномасштаба и перейти к энергетическим спутникам, локомотивы … Представьте себе.

Во-вторых, мы берем что-то очень негативное — радиоактивные отходы, очень опасные — и превращаем их в производственное оборудование, обеспечивающее электричество.

В-третьих, мы хотим использовать эту технологию для доставки недорогой электроэнергии туда, где она нужна. Мы нарушили весь механизм создания и хранения энергии. Прежде чем вы сможете щелкнуть выключателем и включить свет, потребуется много инфраструктуры.

Но с тем, что мы создали, эта инфраструктура вам не нужна. Вы можете поставить одну из этих батарей в дом, и бум, вы уничтожите всю инфраструктуру. Представьте себе разрушение, которое это вызовет, хорошее или плохое. Некоторых это расстроит.

Мы взяли то, что действительно вредно для окружающей среды, проблему и создали энергию. А для мест, где отсутствует электрическая инфраструктура, мы хотим обеспечить это по очень низкой цене.

— Давайте поговорим немного о стоимости. Очевидно, литиевые батареи стоят дорого, они являются основным компонентом стоимости электромобилей. Вы, ребята, понимаете, сколько могут стоить эти вещи в коммерческой среде?

Нима: Да, мы провели финансовое моделирование в этом направлении. Было рассмотрено много заявок. Что мы можем сказать, так это то, что это будет зависеть от приложения, но оно должно быть на хорошем уровне конкуренции с существующими литий-ионными батареями.

В некоторых случаях вы немного дороже производите продукцию, а в других, когда дело касается масштабирования, мы становимся более дешевым решением. Позвольте привести пример. Возьмите аккумулятор для автомобиля Tesla, он стоит где-то в районе 9-10 тысяч долларов. Наша батарея будет стоить в районе 7-8 тысяч долларов. Но в разных приложениях он разный.

— Итак, дешевле, никогда не требует зарядки и служит намного дольше, чем любой литиевый элемент.

Ирфан: Мало того, что аккумулятор на несколько тысяч дешевле, но и наш сам подзаряжается. Итак, на Tesla вам нужно подзарядить, остановиться, со временем батарея изнашивается. Наш длится долго.

У нас, вероятно, они будут доступны по какой-то модели подписки с оплатой по мере использования, но это будет значительно дешевле, чем тот механизм, который есть сегодня для автомобиля Tesla.

— Чрезвычайно. Как далеко продвинулась эта технология? Насколько мы далеки от массового производства? Как обстоят дела с прототипированием и тестированием?

Нима: В данный момент мы находимся на стадии прототипирования. Мы завершили испытание концепции и собираемся запустить коммерческий прототип. Однако пандемия случилась, и лаборатория на некоторое время закрыта.

Но в основном, как только лаборатории открываются, нам требуется около 6-9 месяцев, чтобы завершить наш коммерческий прототип, а затем пройти нормативный процесс, чтобы вывести на рынок первые несколько приложений для батареи менее чем за два года ». время.

— Так что это не за горами.

Нил: Чтобы дать вам пример, мы возьмем Google, у которого есть центры обработки данных по всему миру. Amazon, Facebook, все эти компании. В конфиденциальных беседах, которые мы вели с некоторыми из этих сторон, мы говорили о том, как они используют и утилизируют больше источников бесперебойного питания (ИБП), чем кто-либо на планете. Google всегда должен быть включен. И у этих ИБП есть срок годности, они должны их выбросить.

Наш продукт сможет поддерживать это, сокращая при этом выбросы углекислого газа и прослужит намного дольше. Это меняет правила игры, если учесть, насколько масштабна такая операция, как AWS. Для этого это будет отличный продукт.

Вторичный продукт будет для спутникового рынка, где не будет никакого внимания, радиоактивен он или нет. Спутники с низким энергопотреблением, мы сможем питать их в течение долгого, долгого времени, не обращая внимания на то, обращены ли они к Солнцу, или попадут ли Солнце на свои солнечные панели или что-то еще.

Это меняет всю динамику. Мы не только нарушили всю энергетическую инфраструктуру для создания и доставки электроэнергии, мы также можем внести большие изменения в бизнес-модель для многих компаний. Серьезные проблемы могут стать незначительными.

Это изменит многие отрасли. В будущем мы могли бы рассмотреть возможность их использования для движения нанороботов внутри тела. Он работает от наномасштаба до большого масштаба. Мы думаем, это будет очень впечатляюще.

— А какими будут ограничения на эту технологию, доступность сырья? Правила? Вы видите какие-либо нормативные барьеры?

Ирфан: Хороший вопрос. Мы провели всестороннее исследование нормативных и нормативных аспектов нашей технологии. К счастью, на рынке уже есть другие устройства, в которых используются радиоизотопы и радиоактивные материалы. Некоторые из них используются в медицинской промышленности, например, кардиостимуляторы. Уже действуют различные типы правил.

Таким образом, дело здесь в том, что наша конструкция соответствует этим правилам, и мы делаем это с течением времени.

Нил: У вас дома будут детекторы дыма, верно? Все они имеют одинаковую радиоактивность. Это один момент. Что касается доступности, то есть достаточно сырья, которое мы можем разрабатывать в течение длительного времени. Проблема не в этом. Кроме того, с точки зрения регулирования есть некоторые рынки, на которые мы можем сразу выйти, не беспокоясь о них. Аэрокосмическая, военная и многие другие отрасли, где нет таких же требований к соответствию.

Для автомобиля все может быть иначе. Для слухового аппарата это может быть другой, или потребительский товар. Но есть приложения, где это совсем не проблема.

— Верно. Это, возможно, немного глупый вопрос, но нужно ли вам платить за эти ядерные отходы, или люди платят вам, чтобы вы их убрали?

Ирфан: (Смеётся) Я рад, что ты поднял это! У нас есть несколько мест, которые предложили заплатить нам за то, чтобы забрать его. Для них это неприятно. Они должны хранить это, и вы можете представить себе правила, касающиеся этого. Во многих случаях им приходится держать публику на некотором расстоянии. Они действительно заплатят нам за то, чтобы мы забрали это.

Так что это второстепенная возможность для нас с точки зрения доходов, и мы обсуждали это с несколькими партнерами.

— Какой замечательный бизнес, где тебе платят за то, чтобы ты сам добывал сырье.

Нил: Если вы посмотрите на карту использования энергии в мире и карту богатства в мире, они очень похожи. Одна вещь, которую мы пытаемся сделать с помощью нашего приложения, это попытаться доставить некоторые из этих устройств в места, где у детей нет электричества для выполнения своих домашних заданий, или чтобы использовать технологии чистой воды.

Мы непреклонны в том, чтобы это было составной частью нашего бизнеса. И хотя мы не можем назвать слишком много имен, мы поговорили с несколькими крупными партнерами, которые поддержали бы эти усилия. Некоторые из этих компаний считают, что им нужно делать добро в мире, и обеспечение электроэнергией мест по всему миру, в которых этого нет, — прекрасная возможность для них.

Опять же, у них нет огромной инфраструктуры. Но нам не нужна инфраструктура. Нам не нужны ни электростанции, ни линии электропередач, ни что-либо подобное, чтобы обеспечивать электроэнергией. Мы непреклонны, как команда, и отдадим все, чего не позволяет сегодняшняя инфраструктура.

— Что касается интеллектуальной собственности, насколько вы ею, ребята, владеете, и какой конкуренции ожидаете?

Ирфан: Сейчас у нас есть заявка на патенты на нашу технологию. Я думаю, что мы намного опережаем конкурентов, существующих на рынке, мы начали намного раньше, чем другие, и наши технологии более продвинуты.

Источник: NDB