Nano Diamond-batterij biedt universele toepasbaarheid

Het moderne leven is zeer betrouwbaar op mobiele batterijgevoede apparaten die de dagelijkse aspecten van ons leven beïnvloeden, variërend van telecommunicatieapparatuur tot transportvoertuigen. Er is een toenemende vraag naar efficiënte en kosteneffectieve batterijen. Conventionele batterijen zijn doorzeefd met tal van zorgen en in het tijdperk van toenemend bewustzijn over het broeikaseffect en afvalophoping, moet de productie in overeenstemming zijn met de principes en processen van duurzame ontwikkeling.

De Nano Diamond Battery (NDB) is een krachtige, op diamanten gebaseerde alfa-, bèta- en neutronenvoltaïsche batterij die levenslange en groene energie kan leveren voor tal van toepassingen en beperkingen van bestaande chemische batterijen kan overwinnen. De NDB werkt als een kleine nucleaire generator. De stroombron voor de NDB zijn radio-isotopen van gemiddeld en hoog niveau die voor de veiligheid worden afgeschermd door meerdere niveaus van synthetische diamant. De energie wordt in de diamant geabsorbeerd via een proces dat inelastische verstrooiing wordt genoemd en dat wordt gebruikt om elektriciteit op te wekken. Het zelfoplaadproces zorgt voor een lading voor de volledige levensduur van elk apparaat of machine, met een batterijlevensduur tot 28.000 jaar.

Aangezien de batterij zichzelf oplaadt en alleen blootstelling aan natuurlijke lucht vereist, kan overtollige lading worden opgeslagen in condensatoren, supercondensatoren en secundaire cellen om de levensduur van de batterij voor mobiele telefoons, vliegtuigen, raketten, elektrische voertuigen, sensoren en andere apparaten en machines te verlengen. .

Systeemtechnologieën

Diamond Nuclear Voltaic (DNV) technologie — Als apparaat is DNV een combinatie van een halfgeleider, metaal en keramiek met twee contactoppervlakken om het verzamelen van lading te vergemakkelijken. Verschillende afzonderlijke eenheden zijn met elkaar verbonden via geleidende kanalen die zijn vervaardigd door afzetting van Ni op de zijkant van de DNV om een ​​+ve en -ve contact van het batterijsysteem te creëren, dat DNV-stacks wordt genoemd. Daartussen bevinden zich radio-isotopen die bij verval een alfa-, bèta- of neutronenstraling afgeven. Dit wordt vervolgens inelastisch verstrooid in de enkele kristallijne diamant (SCD) om ladingen te genereren die worden verzameld door de ladingscollectoren.

Elke laag van de DNV-stack bestaat uit een hoogenergetische uitgangsbron. Dit soort opstelling verbetert de algehele efficiëntie van het systeem en biedt een meerlaags veiligheidsscherm voor het product.

Snelle conversie van straling naar elektriciteit — Van alle radio-isotopen is bekend dat ze grote hoeveelheden warmte produceren. De strategische plaatsing van de bron tussen de DNV-eenheden vergemakkelijkt de inelastische verstrooiing die is ontstaan ​​​​door de aanwezigheid van SCD in de DNV-eenheid. Dit ontwerp voorkomt zelfopname van warmte door de radio-isotoop en maakt een snelle omzetting in bruikbare elektriciteit mogelijk.

Dunne filmstructuur — Het door NDB getoonde dunnefilmprofiel maakt stralingsabsorptie in de SCD mogelijk met minimale zelfadsorptie. Door de flexibele ontwerpstructuur kan deze technologie elke vorm en vorm aannemen in overeenstemming met de toepassing. NDB kan zo groot worden gemaakt als de toepassing vereist, met een minimale grootte van 40 m.

Nucleair recycleproces — Radioactief afval wordt opgewerkt en gerecycled om duurzaamheid mogelijk te maken en een schone energiebron in een veilige omgeving te bevorderen.

Veiligheidsvoorzieningen

De belangrijkste innovaties van NDB zijn geavanceerde veiligheidsvoorzieningen voor thermische, mechanische en stralingsveiligheid.

Diamant inkapseling — Stralingsveiligheid wordt bereikt door de inkapseling van de DNV met behulp van een diamanten inkapseling die de straling in het apparaat bevat. De DNV-stacks, samen met de bron, zijn gecoat met een laag polykristallijn diamant, dat bekend staat als het meest warmtegeleidende materiaal en het vermogen heeft om de straling in het apparaat te houden. Het is ook 12 keer sterker dan roestvrij staal, waardoor de batterij sterk en fraudebestendig is.

De nanolagen zijn gemaakt van chroom en lood in een "gat en kap" -structuur die straling van de DNV opvangt. Het gat fungeert als een warmtegeleidingskanaal dat warmte naar het buitenste gedeelte van de inkapseling leidt. Terwijl de kap de straling opvangt die uit het gat komt dat is ingebouwd in de diamantencapsulatorcomponent van NDB, kan deze zowel secundaire straling absorberen en vasthouden als de primaire straling dicht bij de achtergrondstralingsniveaus.

Ingebouwde thermische ventilatieopeningen — De hoge energiebron die aanwezig is in het batterijsysteem produceert warmte tijdens bedrijf. Dit leidt tot thermische geleiding in het systeem. Thermische ventilatieopeningen in het systeem helpen dit proces uit te voeren met betrekking tot het buitenoppervlak van de diamant om de binnenkant op een optimaal niveau te houden.

Met boor gedoteerde SCD — Om elk aspect in het systeem te benutten, omvat NDB — naast alfa en bèta — ook het gebruik van neutronenstraling met boor-10-doping. Doping helpt om het extra neutron om te zetten in alfastraling.

Vergrendelingssysteem — Het gebruik van een kernenergiebron voor een batterijsysteem roept de kwestie van nucleaire proliferatie op als gevolg van de productie van splijtbare isotopen zoals Pu-238 en U-232. Om dit probleem aan te pakken, gebruikt NDB een ionenimplantatiemechanisme, een "lock-in-systeem" genaamd, dat andere gebruik dan stroomopwekking voorkomt. Dit verhoogt de bruikbaarheid door te voldoen aan de veiligheidseisen van de consument.

Toepassingen

Automobiel — Elektrische voertuigen zijn sterk gepromoot door verschillende regeringen en als zodanig is het een van de snelstgroeiende gebieden van de afgelopen jaren. Natuurlijk is het belangrijkste onderdeel ervan, de batterij die het voertuig aandrijft, ook sterk ontwikkeld. Als batterijoplossing voedt NDB zowel de traditionele aspecten van de auto als de motoren. Wat misschien wel het meest interessante is, is dat innovaties zoals heads-up displays, augmented reality, zelfrijdende systemen en AI aan boord ook kunnen worden ondersteund met behulp van de NDB.

NDB zou overdag kunnen worden gebruikt om de auto aan te drijven; 's Nachts wanneer de auto geparkeerd staat, kan de NDB-aangedreven EV worden aangesloten op een huis waar de opgewekte lading vervolgens het huis van stroom kan voorzien en een eventueel overschot aan het elektriciteitsnet kan worden verkocht. Dit betekent in feite dat het nationale elektriciteitsnet crowdsourcing van elektriciteit gebruikt, waardoor de toegenomen vraag naar elektriciteit wordt verlicht die gepaard gaat met de hogere acceptatiegraad van EV's.

Lucht- en ruimtevaart — De luchtvaartmarkt is enorm en veel van de technologische vooruitgang komt voort uit de digitale revolutie. Enkele voorbeelden van het gebruik van NDB zijn onder meer het beveiligen van essentiële stroomvoorziening naar gebieden zoals de cockpit om de veiligheid van luchtvaartmaatschappijen te verbeteren en het aandrijven van de zwarte doos om te helpen bij het bergen van ontbrekende vliegtuigen. De zwarte doos zendt periodiek een signaal uit om zijn locatie door te geven; de beschikbaarheid van het signaal is echter gebaseerd op de batterij die het van stroom voorziet. Momenteel beperkt de beperking van de batterijlading van de zwarte doos de zoektijd, aangezien het locatiesignaal niet meer beschikbaar zal zijn zodra de batterijlading opraakt. NDB kan de levensduur van de batterij van de zwarte doos verlengen, waardoor de zoekpartij een grotere kans op berging heeft.

Recente ontwikkelingen in de ruimtetechnologie en de opkomst van elektrische vliegtuigen hebben geleid tot een toenemende vraag naar hun batterijsystemen, gehinderd door zorgen over een lange levensduur en veiligheid. Satellieten en ruimtevoertuigen zijn sterk afhankelijk van zonne-energie, die kan worden verstoord door ruwe ruimteomgevingen. NDB kan worden gebruikt om drones, elektrische vliegtuigen, satellieten, ruimterovers, ruimtepakken en stations aan te drijven en tegelijkertijd langere activiteit mogelijk te maken.

Medische technologie — In-situ medische apparaten en implanteerbare apparaten zoals hoortoestellen en pacemakers kunnen profiteren van een lange batterijduur in een kleinere verpakking met het extra voordeel van veiligheid. Met NDB hoeven patiënten zich geen zorgen meer te maken over het opladen van een pacemaker vanwege de lange halfwaardetijd. Omdat NDB een natuurlijke stralingsabsorberende laag in de structuur heeft geïntegreerd, voorkomt het stralingslekken van implanteerbare apparaten.

Industrieel — De veiligheid, het vermogen en de universaliteit van NDB leveren stroom aan veel routinematige toepassingen en aan toepassingen die moeilijk te implementeren zijn. Datacenters, externe locaties en vijandige omgevingstoepassingen van NDB maken het een uitstekende belofte voor productiviteit en futuristische toepassingen.

Een tekortkoming van het Internet of Things (IoT) zit in de fysieke apparaten zelf. Aangezien elke functie (zoals verlichting) sensoren en wifi-ontvangers nodig heeft, hebben ze onvermijdelijk elektriciteit nodig. Traditioneel werd hieraan voldaan door het gebruik van batterijen en directe elektrische bedrading, maar in beide gevallen zijn er beperkingen:batterijen raken leeg en kabels moeten door een elektricien worden aangelegd, wat onhandig kan zijn. Als een NDB zou worden gebruikt, zouden de IoT-apparaten volledig draadloos zijn en overal kunnen worden geplaatst zonder dat u zich zorgen hoeft te maken dat de batterij leeg raakt.

Conclusie

NDB is groen omdat het geen uitstoot heeft, het is inert voor het milieu en vereist geen kobaltwinning. NDB is een energierijker, duurzamer, weersonafhankelijk alternatief voor traditionele energiebronnen. De toegevoegde waarden zijn het ontbreken van schadelijke bijproducten en recycling van nucleair afval.

De technologie heeft het potentieel om andere energiebronnen zoals benzine- en lithium-ionbatterijen te vervangen, waardoor hun negatieve milieueffecten, veroorzaakt door emissies en giftige metaalafvalproducten, worden verminderd.

Een andere trend is het tekort aan kobalt, een cruciaal onderdeel van Li-ion-batterijen. Aangezien de NDB geen kobalt bevat, is het een oplossing die niet wordt beïnvloed door het aanbodtekort van zijn grondstof.

Tot slot is een van de belangrijkste recente trends de plotselinge toename van de vraag naar elektrische voertuigen. Overheden over de hele wereld werken eraan om voertuigen die op fossiele brandstoffen rijden te verschuiven naar elektrische voertuigen - een markt die natuurlijk past bij NDB's.

Dit artikel is een bijdrage van Dr. Nima Golsharifi, Chief Executive Officer van NDB (San Francisco, CA). Voor meer informatie, bezoek hier .