आण्विक बॅटरी

1950 च्या दशकापर्यंत, बीटाव्होल्टाइक्स - बीटा किरणोत्सर्गाची उर्जा काढण्याचे तंत्रज्ञान - शास्त्रज्ञांनी भविष्यात नवीन ऊर्जा स्रोत तयार करण्यासाठी आधार मानले होते. आज, नियंत्रित आण्विक अभिक्रियांचा वापर स्वाभाविकपणे सुरक्षित आहे हे आत्मविश्वासाने ठामपणे सांगण्याची खरी कारणे आहेत. रेडिओआयसोटोप स्मोक डिटेक्टर सारख्या डझनभर आण्विक तंत्रज्ञानाचा वापर लोक दैनंदिन जीवनात करत आहेत.

म्हणून, मार्च 2014 मध्ये, युनिव्हर्सिटी ऑफ मिसूरी, कोलंबिया, यूएसए मधील शास्त्रज्ञ जे क्वॉन आणि बेक किम यांनी स्ट्रॉन्टियम-90 आणि पाण्यावर आधारित कॉम्पॅक्ट उर्जा स्त्रोताचा जगातील पहिला कार्यरत प्रोटोटाइप पुनरुत्पादित केला. या प्रकरणात, पाण्याची भूमिका ऊर्जा बफर आहे, जी खाली स्पष्ट केली जाईल.

आण्विक बॅटरी वर्षानुवर्षे देखभालीशिवाय कार्य करेल आणि पाण्याच्या रेणूंच्या बिघाडामुळे वीज निर्माण करण्यास सक्षम असेल कारण ते बीटा कण आणि किरणोत्सर्गी स्ट्रॉन्टियम-90 च्या इतर क्षय उत्पादनांशी संवाद साधतात.

अशा बॅटरीची उर्जा इलेक्ट्रिक वाहने आणि अगदी स्पेसशिपला चालना देण्यासाठी पूर्णपणे पुरेशी असावी.नवीन उत्पादनाचे रहस्य बीटाव्होल्टाइक्स आणि बर्‍यापैकी नवीन भौतिकशास्त्र ट्रेंड - प्लाझमॉन रेझोनेटर्सच्या संयोजनात आहे.

आपल्या डोळ्यांच्या संवेदनशीलतेपेक्षा कितीतरी पटीने जास्त रिझोल्यूशनसह अल्ट्रा-कार्यक्षम सौर पेशी, पूर्णपणे सपाट लेन्स आणि विशेष मुद्रण शाई यासह विशिष्ट ऑप्टिकल उपकरणांच्या विकासामध्ये प्लाझमॉन्सचा वापर गेल्या काही वर्षांत सक्रियपणे केला जात आहे. प्लास्मोनिक रेझोनेटर ही विशेष रचना आहेत जी प्रकाश लहरींच्या रूपात आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनच्या इतर स्वरूपात ऊर्जा शोषून आणि उत्सर्जित करण्यास सक्षम आहेत.

आज, आधीच रेडिओआयसोटोप ऊर्जा स्त्रोत आहेत जे अणूंच्या क्षयची उर्जा विजेमध्ये रूपांतरित करतात, परंतु हे थेट होत नाही, परंतु मध्यवर्ती भौतिक परस्परसंवादांच्या साखळीद्वारे होते.

प्रथम, किरणोत्सर्गी पदार्थांच्या गोळ्या ते असलेल्या कंटेनरच्या शरीरात उष्णता देतात, नंतर या उष्णतेचे थर्मोकपल्सद्वारे विजेमध्ये रूपांतर होते.

रूपांतरणाच्या प्रत्येक टप्प्यावर प्रचंड ऊर्जा नष्ट होते; यापैकी, अशा रेडिओआयसोटोप बॅटरीची कार्यक्षमता 7% पेक्षा जास्त नाही. किरणोत्सर्गामुळे बॅटरीच्या भागांचा जलद नाश झाल्यामुळे बीटाव्होल्टिका फार पूर्वीपासून व्यवहारात वापरली जात नाही.

अखेरीस, शास्त्रज्ञांना अस्थिर अणूंच्या क्षय उत्पादनांसह सोडलेल्या उर्जेचे थेट रूपांतर करण्याचा मार्ग सापडला. असे दिसून आले की बीटा कण (अणूच्या क्षय दरम्यान इलेक्ट्रॉन ज्यांचा वेग पुरेसा जास्त असतो) पाण्याचे रेणू हायड्रोजन, हायड्रॉक्सिल रॅडिकल आणि इतर आयनमध्ये मोडण्यास सक्षम असतात.

संशोधनात असे दिसून आले आहे की पाण्याच्या रेणूंचे हे सडलेले भाग बीटा कणांशी टक्कर झाल्यामुळे ते शोषून घेतलेली ऊर्जा थेट काढण्यासाठी वापरले जाऊ शकतात.

पाण्याची आण्विक बॅटरी कार्य करण्यासाठी, प्लॅटिनम फिल्मने झाकलेल्या टायटॅनियम ऑक्साईडच्या शेकडो सूक्ष्म स्तंभांची एक विशेष रचना आवश्यक आहे, ज्याचा आकार कंगवासारखा आहे. त्याच्या दातांमध्ये आणि प्लॅटिनम शेलच्या पृष्ठभागावर अनेक सूक्ष्म छिद्र आहेत ज्याद्वारे पाण्याच्या विघटनाची सूचित उत्पादने डिव्हाइसमध्ये प्रवेश करू शकतात. तर, बॅटरीच्या ऑपरेशन दरम्यान, "कंघी" मध्ये अनेक रासायनिक अभिक्रिया घडतात - पाण्याच्या रेणूंचे विघटन आणि निर्मिती होते, तर मुक्त इलेक्ट्रॉन तयार होतात आणि पकडले जातात.

या सर्व प्रतिक्रियांदरम्यान सोडलेली ऊर्जा "सुया" द्वारे शोषली जाते आणि विजेमध्ये रूपांतरित होते. खांबांच्या पृष्ठभागावर दिसणार्‍या प्लाझमॉनमुळे, विशेष भौतिक गुणधर्म असल्यामुळे, अशी जल-विभक्त बॅटरी त्याच्या कमाल कार्यक्षमतेपर्यंत पोहोचते, जी 54% असू शकते, जी शास्त्रीय रेडिओआयसोटोप वर्तमान स्त्रोतांपेक्षा जवळजवळ दहापट जास्त आहे.

येथे वापरलेले आयनिक द्रावण पुरेसे कमी सभोवतालच्या तापमानातही गोठवणे फार कठीण आहे, ज्यामुळे इलेक्ट्रिक वाहनांना उर्जा देण्यासाठी नवीन तंत्रज्ञानासह बनविलेल्या बॅटरीचा वापर करणे शक्य होते आणि, योग्यरित्या पॅक केलेले असल्यास, वेगवेगळ्या हेतूंसाठी अवकाशयानामध्ये देखील.

किरणोत्सर्गी स्ट्रॉन्टियम-90 चे अर्धे आयुष्य अंदाजे 28 वर्षे आहे, त्यामुळे क्वॉन आणि किमची आण्विक बॅटरी अनेक दशकांपर्यंत ऊर्जा कमी न होता कार्य करू शकते, दर वर्षी केवळ 2% शक्ती कमी होते.शास्त्रज्ञांचे म्हणणे आहे की असे पॅरामीटर्स इलेक्ट्रिक वाहनांच्या सर्वव्यापीतेसाठी एक स्पष्ट शक्यता उघडतात.