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Físicos rusos buscan construir baterías que duren un siglo   

Físicos rusos buscan construir baterías que duren un siglo  

Físicos rusos buscan construir baterías que duren un siglo   Esto hará posible crear baterías nucleares seguras que tengan una vi

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Físicos rusos buscan construir baterías que duren un siglo

 

Esto hará posible crear baterías nucleares seguras que tengan una vida útil de unos 100 años y puedan utilizarse en cardioestimuladores, sensores minúsculos que miden los niveles de azúcar en la sangre o la presión arterial, sistemas de localización de objetos a distancia por telemetría, microrrobots y dispositivos que puedan funcionar en régimen autónomo durante mucho tiempo, comunica el servicio de prensa de la universidad.

Los resultados de la investigación están publicados en la revista Applied Physics Letters.

Problema de miniaturización

Los científicos manifiestan hoy un interés especial hacia la investigación de las propiedades de objetos cuyo tamaño se mide en escala nanométrica debido a la tendencia hacia la miniaturización de dispositivos técnicos, ante todo, en el ámbito de nanoelectrónica.

Los avances conseguidos en la creación de sistemas micro y nano electromecánicos (MEMS y NEMS, por sus siglas en inglés) que combinan en un dispositivo los elementos nanoelectrónicos y mecánicos, como sistemas de propulsión, bombas o motores pueden usarse para crear microsensores físicos, biológicos o químicos.Mientras, la ausencia de fuentes de energía de microtamaño para sistemas MEMS y NEMS impide el uso masivo de tales dispositivos.

Los científicos estudian hoy la posibilidad de disminuir el tamaño de las baterías convencionales de litio-ion, paneles solares, pilas de combustible y condensadores de todos los tipos. Las dimensiones de estas fuentes de energía son demasiado grandes todavía para crear sistemas de micro y nano tamaño.

Otra posibilidad de resolver el problema de alimentación de los MEMS y NEMS existentes y futuros es usar baterías de radioisótopos.

 

Las baterías de radioisótopos o nucleares cosechan energía a partir de la descomposición nuclear de los elementos metaestables —núcleos atómicos- que se transforma en electricidad. Se caracterizan por una gran densidad de energía por unidad de masa y volumen. Se puede cambiar el período de producción de energía estable mediante la selección del nucleido. Las baterías de radioisótopos pueden funcionar de modo estable durante mucho tiempo, no necesitan un mantenimiento ni generan ruido.

Características únicas de níquel 63

Una de las vías más cortas de transformar la energía de descomposición nuclear en electricidad es hoy la transformación termoeléctrica. Los científicos estudian también fuentes de energía betavoltaicas cuyo uso representa un gran interés. Es que, en caso de usar en una batería minúscula un radioisótopo que emita radiación beta, se puede crear fácilmente un sistema de protección del usuario y objetos cercanos contra la radiación. Así las cosas, tales baterías se consideran prometedoras para el uso civil.Los expertos de la MEPhI estudiaron las características electrofísicas de la película de clúster nano del níquel y encontraron parámetros apropiados para crear un transformador eficaz de la energía de descomposición beta del níquel 63 en electricidad.

El radioisótopo níquel 63 es uno de los radionucleidos más prometedores en el ámbito de generadores de energía betavoltáica. Es una fuente de energía betavoltáica con un largo período  de semidescomposición: 100,1 años. Así las cosas, el níquel 63 es un elemento singular que puede utilizarse para alimentar durante mucho tiempo los sistemas que no gastan grandes volúmenes de energía.

 

En lo que se refiere a sus características físicas, el níquel es un buen metal: es plástico, demasiado inerte, su procesamiento no representa problemas y no es necesario un contenedor especial para su transportación o almacenamiento.

Según los científicos, incrementar la eficacia de los existentes transformadores de energía de descomposición beta de níquel 63 en electricidad y buscar sistemas físicos alternativos son tareas prometedoras de la ciencia actual.

Nuevos métodos empleados por los investigadores de la MEPhI

Los investigadores crearon un sistema físico original que permite llevar a cabo una generación eficaz de electrones secundarios dentro de las películas nanoestructuradas de níquel e incrementar en gran medida la señal eléctrica producida por una cascada de múltiples choques inelásticos de la partículas β, explica el colaborador del Departamento de Problemas Físicos y Tecnológicos de Metrología del Instituto de Tecnologías de Láser y Plasma de la MEPhI, Piotr Borisiuk.

“Este sistema es relativamente fácil desde el punto de vista de la realización experimental y representa un conjunto de clústers nano de níquel densamente empaquetados con una distribución gradual de nanopartículas sedimentadas sobre la superficie de un elemento dieléctrico de amplia banda (óxido de silicio) conforme a su tamaño”, destaca el experto.

En el curso de la investigación, los científicos sacaron la conclusión de que la formación de películas de clústers nano de níquel 63 con la distribución gradual de nanopartículas conforme a su tamaño ofrece la oportunidad de combinar dos procesos importantes a la vez.

 

Primero, se pueden formar las capas con una diferencia fija de potenciales, que se determina por la diferencia de tamaños de nanopartículas en la dirección dada. Además, se puede transformar la energía de descomposición beta de níquel 63 en la corriente de electrones sin usar adicionales sistemas de semiconductores, que es difícil realizar.

Los resultados obtenidos por los científicos confirman que las películas de clústers nano de níquel tienen características únicas. El área de uso de fuentes de energía de radioisótopos con la transformación termoeléctrica casi no tiene fronteras: desde baterías nucleares de tamaño minúsculo para alimentar sistemas micro y nano electromecánicos hasta cardioestimuladores, sensores minúsculos que miden los niveles de azúcar en la sangre o la presión arterial, sistemas de localización de objetos a distancia por telemetría, microrrobots y dispositivos que puedan funcionar en régimen autónomo durante mucho tiempo en el espacio ultraterrestre, en las grandes profundidades y en la región del Extremo Norte.La Fundación Científica de Rusia financió la investigación de los científicos de la MEPhI.

 

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