Түштүк Кореянын изилдөө институту бул үчүн дүйнөнүн жаңы муундагы биринчи бета-волтаикалык элементин жарата алды. Жаңы элемент жылдар бою кубаттоосуз иштей алат.
Электрондук түзүлүштөрдүн өлчөмү барган сайын кичирейип жана тактыгы тез өнүгүп, ага катар алардын автономиялуулугун жогорулатуу аракеттери көрүлүп жаткан кезде, батарейкаларды көп убакытка кайталап кубаттоо (заряддоо) зарылдыгын азайтуучу инновациялык кубат берүү технологияларына да суроо-талап өсүүдө.
Азыркы негизги батарейкалар, анын ичинде литий жана никель негизиндеги түрлөрүнүн иштөө мөөнөтү кыска, ысыкты жана нымдуулукту сезгичтигинен улам экстримдүү чөйрөлөрдөгү ишенимдүүлүгү да чектелүү.
Түштүк Кореядагы Тэгу Кёнбук Илим жана Технология (DGIST) изилдөө институтунун окумуштуулары буга альтернатива катары жаңы муундагы биринчи бета-волтаикалык элементти түзүүгө жетишишти.
Бул илимий ачылыш тууралуу аталган институттун интернет баракчасынын жазганына караганда, “бета-волтаикалык элемент технологиясы, жылдар бою, атүгүл ондогон жылдарга чейин туруктуу энергияны кубаттоосуз берип турууга жөндөмдүү”.
https://www.dgist.ac.kr/bbs/BBSMSTR_000000000188/view.do
Жаңы технология космостук миссиялар үчүн аппараттарды, денеге имплантациялануучу медициналык жабдууларды же аскердик колдонмолорду энергия менен камсыз кылууда чыныгы революция жаратышы мүмкүн.
Бул изилдөөнүн артында DGIST институтунун Энергия илимдери жана инженерия кафедрасынын профессору Су Ил Ин (Su-Il In) жетектеген топ турат. Алардын ишинин жыйынтыктары жакында Chemical Communications аттуу белгилүү илимий журналда жарыяланган.
Бета-волтаикалык элемент кантип иштейт?
Элементтин негизин көмүртек-14 түзөт. Бул радиоактивдүү изотоп, ажыроо процессинде бета-заряддуу бөлүкчөлөрдү чыгарат. Ал бөлүкчөлөр перовскит катмары менен өз ара аракеттенишет, ал жерде алардын энергиясы электр агымына айланат. Перовскит- бул акыркы жылдары өзүнүн жогорку натыйжалуулугу менен күн батареялары тармагында чоң кызыгуу жараткан материал.
DGISTтин окумуштуулары муну менен чектелбей, электродго көмүртүк-14 негизиндеги кванттык чекиттерди кошуп, перовскиттин кристаллдык түзүлүшүн метиламмонний хлориди жана цезий хлориди сыяктуу кошулмалар менен оптималдаштырышты. Мунун аркасында электрондордун кыймылдуулугу кадимки бета-волтаикалык элементтерге салыштырмалуу 56 000 эсе жогорулаган.
Кадимки батарейкаларга салыштырмалуу артыкчылыгы
Азыркы коммерциялык батарейкалар -литий-ион же никель негизиндеги болобу -чектелген кызмат мөөнөткө, температуранын өзгөрүшүнө карата төмөнкү туруктуулукка ээ жана үзгүлтүксүз кубаттоону талап кылат. Ал эми гибриддик бета-волтаикалык элемент кубаттоону талап кылбайт жана анын өндүрүмдүүлүгү көп жылдар бою туруктуу бойдон калат. Бета-бөлүкчөлөрдүн энергиясы адамдын терисин тешип өтүүгө жетишсиз болгондуктан, бул технологияны, мисалы, медицинада колдонгондо биологиялык коопсуздукту камсыз кылат.
“Бул изилдөө дүйнөдө бета-волтаикалык элементтердин практикалык колдонууга жарамдуулугун далилдеген биринчи учур. Биз бул энергия булактарын экстрималдуу шарттарда колдонууга ылайыкташтырып, алардын коммерциялашуусун тездетүүнү жана келечекте миниатюризация, технологияны өткөрүү боюнча иш алып барууну пландап жатабыз”, – деп белгиледи DGIST институтунун профессор Су Ил Ин.
Изилдөөнү Түштүк Кореянын Илим, маалымат жана коммуникация технологиялары министрлиги колдогон.
Илимий терминдерге түшүндүрмө:
Бета-волтаикалык элемент же бета-волтаикалык батарея – бул батареянын бир түрү, ал радиоактивдүү булактан бөлүнүп чыккан бета-бөлүкчөлөрдүн (электрондор же позитрондор) жардамы менен жарым өткөргүч кошулмаларды колдонуп электр тогун пайда кылат. Бета-волтаикалык технологиялар микроэлектроника сыяктуу аз энергия талап кылган колдонмолор үчүн узак мөөнөттүү, тейлөө талап кылбаган энергия булактарын камсыз кылуу мүмкүнчүлүгүн сунуштайт.
Бетавольтаикалык түзүлүштөр бета бөлүкчөлөрүнүн кинетикалык энергиясын түз эле электр энергиясына айлантат, муну жарым өткөргүчтүн кошулма катмарлары аркылуу ишке ашырат. Салттуу өзөктүк реакторлордон айырмаланып, алар алгач жылуулук өндүрүп, андан кийин электр энергиясына айлантат, бетавольтаикалык системалар жылуулуксуз (түз) энергия айланууну камсыз кылат.
Перовскит – бул кальций титанаты (CaTiO₃) минералына окшош атайын кристалл түзүлүшү бар материалдардын бир түрү. Жалпысынан, бул материалдардын формуласы ABX₃. Перовскиттер өзгөчө касиеттерине байланыштуу илимий изилдөөлөрдө жана өзгөчө күн энергиясын өндүрүүдө кеңири колдонулат. Бул минерал 1839-жылы немис илимпозу Густав Розе тарабынан Орусиянын Урал тоолорунан табылган жана орус минералогу Лев Перовскийдин (1792–1856) урматына аталып калган.
Радиоактивдүү изотоп же радиозотоп – химиялык элементтердин туруксуз формасы, алар өзүнөн-өзү ыдырап, радиация бөлүп чыгарышат. Бул ыдыроо процесси изотопту көбүнчө башка элементке айланткан туруктуураак формага өткөрөт. Радиация бөлүп чыгаруу касиетинен улам, мындай изотоптор медицинада, өнөр жайда жана илимий изилдөөлөрдө кеңири колдонулат.
Көмүртек-14 – радиокөмүртек деп да аталат, көмүртектин радиоактивдүү изотопу. Ал органикалык материалдардын жашын аныктоо үчүн радиокөмүртек ыкмасы аркылуу колдонулат жана ошол эле учурда казылып алынган отундардын (фоссилдик отун) бөлүкчөсү болуп саналат.
Метиламин гидрохлориди – метиламмоний хлориди деп да белгилүү, химиялык кошулма, формуласы CH₃NH₃Cl. Бул туз метиламин (CH₃NH₂) менен туз кычкылынан (HCl) реакциянын натыйжасында пайда болот. Органикалык кошулма катары ар түрдүү тармактарда, анын ичинде перовскит күн батареяларын өндүрүүдө колдонулат.
Цезий хлориди (CsCl) – цезий менен хлордон турган жөнөкөй туз. Ал иондук кристалл түрүндө болуп, жаратылышта минералдык сууларда жана айрым таштарда кездешет. Лабораторияда, айрыкча заттарды бөлүү үчүн колдонулат.
Кванттык чекиттер (QD) – өтө майда, бир нече нанометр өлчөмүндөгү жарым өткөргүч кристаллдар. Алар кванттык эффекттердин негизинде өзгөчө оптикалык жана электрдик касиеттерге ээ. Мисалы, жарыкты ар түрдүү түскө өзгөртө алышат жана абдан жарык болушат. Ошондуктан алар дисплейлерде, медицинада жана күн энергиясында колдонулат.
Электрод – адатта металлдан жасалган электр өткөргүч. Ал электр өткөрүүчү чөйрөгө токту өткөрөт же кайра чыгарат. Бул чөйрө батареядагы электролит суюктугу, катуу зат, газ же вакуум болушу мүмкүн. Электроддор эки учунда жайгашат жана электр агымын башкарууга жардам берет.
Шилтемелер:
- Маалымат макала DGIST институтунун https://www.dgist.ac.kr/ баракчасындагы жаңылыктын негизинде жазылды.
- Илимий жаңылыкка негиз болгон изилдөө Chemical Communications https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/cc/d4cc05935b журналында жарыяланган.
- Сүрөт unplash.com сайтынан алынды, автору John Cameron.
- Илимий терминдерге түшүндүрмөнү Эл Илим коомдук фонду даярдады.
