باتری‌های الماس می‌توانند تا ۱۰۰ سال انرژی موردنیاز کاوشگرهای فضایی را تامین کنند

الماس به عنوان سخت‌ترین ماده در جهان به عنوان یک ابزار صنعتی مورد استفاده گسترده‌ای قرار دارد و حتی می‌تواند در صنعت نیمه‌رسانا هم کاربرد داشته باشد. حالا پژوهشگران می‌گویند با باتری‌های الماس می‌توان برق موردنیاز کاوشگرهای فضایی یا تجهیزات معادن را به مدت ۱۰۰ سال تامین کرد.

طبق گزارشی جدید، این باتری‌ها از الماس‌های ساخته شده توسط بشر استفاده می‌کنند و زمانی که در میدان رادیواکتیو قرار بگیرند، نیروی برق تولید خواهند کرد. با این وجود اگر با پیچاندن این باتری‌ها در آلومینیوم یا ورق‌های فلزی بتوان رادیواکتیویته آن‌ها را کنترل یا مسدود کرد، می‌توان از آن‌ها در زمینه تولید برق استفاده کرد.

«ساتوشی کویزومی»، رئیس گروه نیمه‌رسانای «Wide Bandgap» در انستیتوی ملی علوم مواد، در حالی که نمونه اولیه یک باتری با رنگ الماس خام در دست داشت، عنوان کرد: «این یک کریستال زیباست و ما می‌توانیم توانایی‌های الماس را از آن استخراج کنیم.»

الماس به عنوان سخت‌ترین ماده جهان به عنوان یک ابزار صنعتی مورد استفاده گسترده‌ای قرار دارد و این ماده حتی می‌تواند به یک عنصر نیمه‌رسانا هم تبدیل شود. در واقع با اتصال یک رشته الماس نازک به پایه یک الماس برای تولید برق، می‌توان یک دیود PN پیوندی، که یکی از ساده‌ترین دستگاه‌های نیمه‌هادی محسوب می‌شود، تولید کرد.

باتری‌های الماس یا باتری‌های بتاولتائیک تا زمانی که در میدان‌های رادیواکتیو قرار گرفته باشند، با دریافت ذرات بتا از ایزوتوپ‌هایی مانند کربن-۱۴ و نیکل-۶۳ می‌توانند برق تولید کنند. این باتری‌ها عمر بسیار زیادی دارند چرا که کربن-۱۴ و نیکل-۶۳ به ترتیب در حدود ۵۷۰۰ و ۱۰۰ سال نصف خواهند شد.

شرکت‌های آمریکایی و سایر شرکت‌ها با استفاده از یک ماده نیمه‌رسانا به نام «سیلیکون کارباید»، از باتری‌های الماس استفاده عملی کرده‌اند. الماس نرخ تبادل حرارت بیشتری از سیلیکون کارباید دارد، بنابراین ساخت نیمه‌رسانا از الماس دشوارتر است.

باتری الماس تولید شده توسط NIMS نتیجه فناوری و دانش‌فنی است که از دهه ۱۹۹۰ توسط موسسه تحقیقات و توسعه ملی جمع‌آوری شده. نرخ تبادل حرارت مواد مورد استفاده در این باتری حدود ۲۸ درصد است. گروه تحقیقاتی NIMS در این روش برای تولید برق به جای ذرات بتا از الکترون‌های تولید شده توسط دستگاه‌هایی مانند میکروسکوپ الکترونیکی استفاده کردند اما از این پس قصد دارند از نیکل-۶۳ استفاده کنند.

یکی از مشکلات اساسی توسعه‌دهندگان این باتری که هنوز موفق به حل آن نشده‌اند این است که چگونه با افزایش توان تولیدی باتری‌ها، کارآمدی آن را بیشتر کنند. در حال حاضر این باتری‌ها فقط یک میکرو وات برق تولید می‌کنند. با این وجود، توانایی‌های این باتری برای همه قابل مشاهده است.

سازمان انرژی اتمی بریتانیا و دانشگاه بریستول در سال ۲۰۲۰ عنوان کردند که تحقیق درباره موارد استفاده کربن-۱۴ که به وفور در سطح گرافیت مورد استفاده در نیروگاه‌های هسته‌ای وجود دارد را شروع کرده‌اند. این ماده در هنگام از بین رفتن نیروگاه‌های هسته‌ای به دست خواهد آمد. همچنین در این گزارش عنوان شده که بریتانیا پس از بین رفتن نیروگاه‌های هسته‌ای، تولید باتری‌های الماس را در برنامه خود قرار داده است.

باتری‌های هسته‌ای از گرمای پلوتونیوم استفاده می‌کنند و در کاوشگرهای فضایی نصب می‌شوند. هرچند این باتری‌ها برق نسبتا زیادی تولید می‌کنند اما استفاده از پلوتونیوم بسیار دشوار است. در مقابل باتری‌های الماس علاوه بر اینکه مقاومت بیشتری در برابر گرما دارند، از ساختار ساده‌تری برخوردار هستند.