Weltweit die Nummer eins bei Atomenergiebatterien

Die Atombatterie nutzt hauptsächlich Nickel-63 als Energiequelle und Diamanthalbleiter als Energiekonverter. Sie ist eine Gleichstromversorgung und kann durch Hinzufügen eines Superkondensators als Energiespeicher eine Impulsstromversorgung mit längerer Lebensdauer erzeugen. Die Grundstruktur dieser Atombatterie umfasst: Konverter, Substrat, Nickel-63-Quelle und Batterieschutzschicht.

Die Nickel-63-Diamant-Betavolt-Batterie besteht aus einem Stapel von Diamant-Halbleiterkonvertern und 2 μm dicken Nickel-63-Platten. Die Batterie ist modular aufgebaut. Ein Modul besteht aus mindestens zwei Konvertern und einer Nickel-63-Schicht. Die Module werden kontinuierlich zu einer Modulgruppe gestapelt, wobei mehrere Modulgruppen in Reihe und parallel geschaltet werden und die Leistung von wenigen Mikrowatt bis zu mehreren Watt einstellbar ist. Die Mindestgröße der Atombatterie beträgt 3 x 3 x 0,03 μm (bestehend aus zwei Konvertern und einer Nickel-63-Schicht). Gemessen an der auf den Diamant-Halbleiter-Wandler einwirkenden Energie erreicht die Energieumwandlungsrate der Batterie 8,8 %. Durch die Verwendung von hochreinem Nickel-63-Radioaktivquellen lässt sich die Leistungsdichte der Batterie weiter verbessern.

Atombatterien sind physikalische Batterien, keine elektrochemischen. Ihre Energiedichte ist mehr als zehnmal so hoch wie die von ternären Lithiumbatterien. Sie können 3.300 Megawattstunden in einer 1-Gramm-Batterie speichern. Sie fangen weder Feuer noch explodieren sie bei Akupunktur oder Schüssen. Da sie 50 Jahre lang selbst erzeugten Strom liefern, gibt es keine Vorstellung von der Zyklenzahl einer elektrochemischen Batterie (2.000 Lade- und Entladevorgänge). Die Stromerzeugung von Atombatterien ist stabil und ändert sich auch bei rauen Umgebungsbedingungen und Belastungen nicht. Sie funktioniert normal in einem Temperaturbereich von 120 Grad über Null bis -60 Grad unter Null und weist keine Selbstentladung auf. Die von Betavolt entwickelte Atombatterie ist absolut sicher, strahlt nicht von außen und eignet sich für den Einsatz in medizinischen Geräten wie Herzschrittmachern, künstlichen Herzen und Cochleas im menschlichen Körper. Atombatterien sind umweltfreundlich. Nach dem Zerfall wird das Nickel-63-Isotop als radioaktive Quelle zu einem stabilen Kupferisotop, das nicht radioaktiv ist und keine Gefahr oder Umweltverschmutzung darstellt. Daher sind für Atombatterien im Gegensatz zu bestehenden chemischen Batterien keine teuren Recyclingprozesse erforderlich.

Dieses Produkt kombiniert die Technologie des nuklearen Isotopenzerfalls von Nickel-63 mit Chinas erstem Diamanthalbleitermodul (Halbleiter der vierten Generation), um die Miniaturisierung und Modularisierung von Atombatterien zu ermöglichen und deren Kosten zu senken. Damit beginnt der Prozess der zivilen Nutzung. China hat damit in den beiden Hightech-Bereichen Atombatterien und Diamanthalbleiter der vierten Generation gleichzeitig bahnbrechende Innovationen erzielt und ist damit europäischen und amerikanischen Forschungseinrichtungen und Unternehmen weit voraus.

Atombatterien können 50 Jahre lang stabil und autonom Strom erzeugen, ohne dass sie aufgeladen oder gewartet werden müssen. Sie befinden sich in der Pilotphase und werden in Massenproduktion auf den Markt gebracht. Betavolt-Atombatterien können den Bedarf an langlebiger Stromversorgung in verschiedenen Anwendungsbereichen decken, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt, in KI-Geräten, medizinischen Geräten, MEMS-Systemen, fortschrittlichen Sensoren, kleinen Drohnen und Mikrorobotern. Diese neue Energieinnovation wird China dabei helfen, in der neuen Runde der KI-Technologierevolution eine führende Rolle zu übernehmen.

Atombatterien, auch als Nuklearbatterien oder Radioisotopenbatterien bekannt, basieren auf der Nutzung der beim Zerfall von Kernisotopen freigesetzten Energie und wandeln diese über Halbleiterkonverter in elektrische Energie um. In den 1960er Jahren konzentrierten sich die USA und die Sowjetunion auf dieses Hochtechnologiefeld. Derzeit werden in der Luft- und Raumfahrt nur thermonukleare Batterien eingesetzt. Diese Art von Batterien ist groß und schwer, entwickelt hohe Innentemperaturen, ist teuer und für den zivilen Gebrauch ungeeignet. In den letzten Jahren haben europäische und amerikanische Länder die Miniaturisierung, Modularisierung und zivile Nutzung von Nuklearbatterien zu Zielen und Richtungen gemacht. Auch Chinas „14. Fünfjahresplan und Visionsziele 2035“ sieht die Zivilisierung der Nukleartechnologie und die Mehrzwecknutzung von Kernisotopen als zukünftige Entwicklungstrends vor.

Kernbatterien entwickeln einen völlig anderen technologischen Weg. Sie erzeugen elektrischen Strom durch den Halbleiterübergang von Betateilchen (Elektronen), die von der radioaktiven Quelle Nickel-63 emittiert werden. Zu diesem Zweck entwickelte das Wissenschaftlerteam von Betavolt einen einzigartigen, nur 10 Mikrometer dicken Diamanthalbleiter und platzierte eine 2 Mikrometer dicke Nickel-63-Platte zwischen zwei Diamanthalbleiterkonvertern. Die Zerfallsenergie der radioaktiven Quelle wird in elektrischen Strom umgewandelt und bildet so eine unabhängige Einheit. Kernbatterien sind modular aufgebaut und können aus Dutzenden oder Hunderten unabhängiger Einheitsmodule bestehen und in Reihe oder parallel geschaltet werden. So können Batterieprodukte unterschiedlicher Größe und Kapazität hergestellt werden.