Güney Kore’deki Daegu Gyeongbuk Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nden (DGIST) Profesör Su-Il In ve grubu, şarj gerektirmeden onlarca yıl boyunca küçük aygıtlara güç sağlayabilecek yeni kuşak bir nükleer pil geliştirdi. “Perovskit betavoltaik hücre” ismi verilen bu sistem, karbon-14 izotopu ile perovskit gereçlerin bir ortaya getirilmesiyle oluşturuldu.
Pil, radyoaktif bir karbon tipi olan karbon-14’ün, elektrik iletkenliği yüksek perovskit materyallerle birleştirilmesiyle çalışıyor. Bu tasarım, hem uzun ömürlü güç sağlama potansiyeli sunuyor hem de sistemin genel verimliliğini artırıyor. Elde edilen sonuçlara nazaran, evvelki benzeri dizaynlara kıyasla elektron hareketliliğinde yaklaşık 56.000 katlık bir artış sağlandı. Testlerde aygıtın dokuz saat boyunca kesintisiz çalıştığı belirtildi.
Bu yeni sistemde, karbon-14 nanoparçacıkları ile kuantum noktaları, özel katkı hususlarıyla işlenmiş perovskit sinemalarla birlikte kullanılıyor. Katkı hususları ortasında metilamonyum klorür ve sezyum klorür yer alıyor. Bu unsurlar, kristal yapıların daha sistemli oluşmasını sağlayarak elektrik yüklerinin daha aktif taşınmasına yardımcı oluyor.
Güvenli ve uygun maliyetli güç kaynağı
Betavoltaik hücreler, radyoaktif bozunma sırasında yayılan beta parçacıklarını elektriğe çeviriyor. Beta ışınları, insan bedenine ziyan verecek kadar derine nüfuz edemediği için bu çeşit piller biyolojik açıdan inançlı kabul ediliyor. Ayrıyeten karbon-14, nükleer reaktörlerde atık olarak ortaya çıktığı için görece ucuz, erişilebilir ve geri dönüştürülebilir bir kaynak.
Karbon-14’ün yavaş bozunması, bu pilin onlarca yıl boyunca güç sağlayabilmesini mümkün kılıyor. Hatta teorik olarak, bu cins pillerin yüzlerce yıl dayanabilecek potansiyele sahip olduğu söz ediliyor.
Araştırma takımı, güç verimliliğini artırmak için çoklukla güneş pillerinde kullanılan titanyum dioksit yarı iletkenini kullandı. Bu materyal, rutenyum bazlı özel bir boya ile desteklendi. Beta ışınları boya moleküllerine çarptığında, zincirleme bir elektron hareketi başlıyor. Bu “elektron çığı”, titanyum dioksit tarafından toplanarak elektrik üretmek üzere yönlendiriliyor.
Yeni dizaynda hem anot hem de katot kısmında karbon-14 kullanılarak, radyasyonun tesiri artırıldı ve güç kaybı azaltıldı. Bu sayede sistemin güç dönüşüm verimliliği, evvelki %0,48 düzeyinden %2,86’ya yükseldi.
Henüz Lityum-İyon düzeyinde değil
Her ne kadar bu gelişme umut verici olsa da, üretilen güç ölçüsü şimdi klasik lityum-iyon pillerin düzeyine ulaşabilmiş değil. Fakat Profesör In, beta yayıcıların geliştirilmesi ve daha tesirli emici materyallerin kullanılmasıyla bu sonun aşılabileceğini düşünüyor. “Bu çalışma, betavoltaik hücrelerin pratikte işe yaradığını gösteren birinci örnek” diyen In, bu teknolojinin uzun ömürlü, güçlü ve kompakt güç tahlilleri için kıymetli bir adım olduğunu vurguluyor.
Ekip, bu teknoloji geliştikçe kalp pilleri, uzay araştırmalarında kullanılan ekipmanlar, insansız hava araçları ve başka küçük sistemler için uzun müddetli güç kaynağı olarak kullanılabileceğini düşünüyor. Gelecekte bu tıp pillerin, bilhassa şarj etmenin güç yahut imkânsız olduğu ortamlarda değerli bir rol oynaması bekleniyor.
