Нова розробка отримала назву серії NBV і базується на так званій бетавольтаїчній технології. У її основі — ізотоп нікелю-63, який у процесі радіоактивного розпаду виділяє енергію. Саме ця енергія перетворюється на електричний струм, забезпечуючи стабільне, хоч і дуже слабке живлення протягом тривалого часу.

Як працює ядерна батарея

На відміну від традиційних акумуляторів, які потребують періодичного заряджання або заміни, бетавольтаїчні елементи працюють завдяки постійному процесу розпаду атомів. Це дозволяє їм функціонувати роками і навіть десятиліттями без втручання людини.

Втім, така технологія має і свої обмеження — потужність подібних пристроїв надзвичайно низька. Саме тому вони підходять не для смартфонів чи ноутбуків, а для мікросистем і сенсорів, які споживають мінімальну кількість енергії.

Характеристики та можливості

За даними NRD LLC, батареї серії NBV здатні видавати потужність у діапазоні від 5 до 500 нановатів. Робоча напруга становить від 1 до 20 вольт, а струм — у межах десятків наноамперів.

При цьому сам пристрій має дуже компактні розміри — приблизно 20×20×12 мм. Це дозволяє інтегрувати його у різноманітні електронні системи, де важлива не потужність, а стабільність і довговічність.

Де це може застосовуватися

Основна сфера використання таких батарей — це пристрої з наднизьким енергоспоживанням, які мають працювати роками без доступу до обслуговування. Йдеться про сенсори, системи збору даних, моніторингове обладнання та інші подібні рішення.

Такі джерела живлення можуть бути особливо корисними у важкодоступних місцях: наприклад, у промислових об’єктах, підземній інфраструктурі або віддалених природних зонах. Також їх розглядають для використання у системах безпеки та автономних платформах із елементами штучного інтелекту, де потрібна постійна, хоч і мінімальна подача енергії.

Ставка на довговічність

У компанії наголошують, що головна перевага нової технології — це надійність і тривалий термін служби. За словами керівництва NRD LLC, навіть незначний збій у живленні може призвести до критичних наслідків у складних системах, тому стабільність тут має ключове значення.

Батарея створена для роботи в екстремальних умовах, де обслуговування або заміна елементів живлення є складними або економічно невигідними.

Що поки залишається невідомим

Попри амбітні заяви, компанія поки не розкриває деталі щодо масового виробництва або термінів виходу на ринок. Також не проводилося незалежних перевірок, які могли б підтвердити заявлений термін служби в реальних умовах.

Варто враховувати, що довговічність таких батарей залежить від періоду напіврозпаду нікелю-63, але на практиці ефективність може змінюватися залежно від конструкції, рівня захисту та умов експлуатації. Попри це, розробка NRD LLC виглядає перспективною і може відкрити нові можливості для створення автономних електронних систем, які здатні працювати десятиліттями без втручання людини.

Адаптер оснащений портами USB-A і USB-C та здатен видавати до 100 Вт при використанні одного порту. У разі підключення двох пристроїв потужність розподіляється автоматично: можливі комбінації 33+33 Вт, 30+18 Вт, 67+33 Вт та інші сценарії залежно від підключеної техніки. Підтримуються стандарти SUPERVOOC, Power Delivery 3.0, PPS, Quick Charge і UFCS.

Корпус виготовлений із полікарбонату, а габарити становлять 55 × 30,5 × 70 мм за маси близько 150 г. Завдяки GaN-технології вдалося підвищити енергоефективність і зменшити нагрівання. Пристрій підходить для використання в різних країнах завдяки підтримці вхідної напруги 100–240 В.

На відміну від звичайних батарей, які працюють на хімічних реакціях, квантові батареї використовують принципи квантової суперпозиції та взаємодію світла з електронами. Такий підхід дозволяє значно прискорити зарядку та потенційно збільшити ємність акумуляторів.

Прототип був створений у співпраці австралійського національного агентства CSIRO, Університету RMIT та Мельбурнського університету, а результати дослідження опубліковані у журналі Light: Science & Applications.

“Ми виявили, що квантові батареї заряджаються швидше, коли стають більшими, – це принципово відрізняється від роботи звичайних акумуляторів,” – зазначив аспірант RMIT Деніел Тіббен.

Прототип являє собою багатошаровий органічний пристрій, який можна заряджати бездротово за допомогою лазера. Він демонструє швидку зарядку, зберігання та розрядку енергії при кімнатній температурі, закладаючи основу для енергетичних рішень нового покоління.

“Це захоплюючий розвиток у швидко зростаючій міждисциплінарній галузі. Квантові батареї можуть незабаром перестати бути теоретичною ідеєю і стати реальною технологією,” – додав професор хімічної фізики RMIT Даніель Гомес.

Попереду ще багато роботи, зокрема щодо того, як довго квантові батареї зможуть зберігати енергію, але науковці вважають, що майбутнє за цим напрямом обіцяє революцію: швидка зарядка електромобілів, віддалене живлення пристроїв і принципово нові способи використання енергії.

Квантові батареї можуть стати наступним великим кроком у розвитку технологій, де швидкість і ефективність зарядки перестануть бути обмеженням.

Дендрити — це крихітні «голчасті» структури, що з’являються всередині батареї під час заряджання. Вони ростуть хаотично, поступово проростають крізь матеріали та можуть спричинити коротке замикання. Саме через них акумулятори часто виходять з ладу значно раніше, ніж могли б.

Нове рішення виглядає майже парадоксально: замість складних і дорогих покриттів вчені використали надзвичайно тонкий шар наночастинок золота. Причому цього золота — буквально мізер. Частинки покривають менше ніж 10% поверхні електрода, але навіть цього вистачило, щоб кардинально змінити поведінку батареї.

Щоб зрозуміти, як саме працює ця технологія, команда скористалася потужним інструментом — надяскравими рентгенівськими променями з Canadian Light Source при University of Saskatchewan. Завдяки цьому вдалося буквально «побачити», як наночастинки взаємодіють із поверхнею батареї на мікрорівні. Дослідження було опубліковано в Journal of Materials Chemistry A.

Результати виявилися вражаючими. У модифікованих цинкових акумуляторах утворення дендритів зменшилося до 50 разів у порівнянні зі звичайними. А під час лабораторних тестів такі батареї працювали понад 6000 годин — це значно довше, ніж у традиційних аналогів.

Головна особливість методу — не суцільне покриття, а точкове розміщення частинок. Золото тут діє не як захисний «панцир», а як система мікроскопічних регуляторів. Вони впливають на те, як саме відкладається цинк під час заряджання, роблячи цей процес рівномірнішим. Саме це й запобігає появі небезпечних «голок».

Ще одна несподівана перевага — ціна. Попри використання золота, технологія виявилася дуже дешевою. Через надзвичайно малу кількість матеріалу її вартість приблизно у 100 разів нижча, ніж у традиційних золотих покриттів. До того ж процес нанесення не потребує складних лабораторних умов, що робить його перспективним для масового виробництва.

І це лише початок. Дослідники вже перевіряють, чи можна застосувати той самий підхід до інших типів батарей, зокрема з мідними електродами для нових поколінь акумуляторів без анода. Також є ідеї використати подібні нанопокриття в сенсорах, сонячних панелях і навіть системах освітлення — скрізь, де важливу роль відіграють процеси на поверхні матеріалів.

Якщо ці розробки підтвердяться в реальних умовах, ми можемо отримати простий і доступний спосіб зробити електроніку значно надійнішою та довговічнішою. І виявиться, що іноді навіть крихітна кількість золота може дати по-справжньому великий результат.

Сучасні батареї лежать в основі майже всіх технологій — від смартфонів до електромобілів. Проте одна проблема залишається незмінною: з часом вони втрачають ємність і виходять з ладу. Довгий час вважалося, що це відбувається поступово через хімічні процеси деградації. Однак нове дослідження показує, що реальна картина значно складніша.

Вчені з Northeastern University виявили, що частинки матеріалів усередині батареї не залишаються нерухомими, як вважалося раніше. Навпаки — вони активно переміщуються, стикаються одна з одною і змінюють своє розташування під час заряджання та розряджання. Ці результати були опубліковані в журналі Science і можуть кардинально змінити підходи до створення більш довговічних акумуляторів.

Не статична система, а «живе» середовище

Традиційні моделі описували батарею як відносно стабільну структуру, де частинки поступово руйнуються, але залишаються на своїх місцях. Нові спостереження довели протилежне: внутрішній простір батареї нагадує динамічне середовище, де частинки поводяться майже як мікроскопічні об’єкти, що постійно рухаються.

Дослідники навіть порівнюють їх із «падаючими зірками» — настільки активним виявився їхній рух. Частинки не просто зміщуються, а й регулярно зіштовхуються та перебудовують структуру матеріалу.

Як рух руйнує батарею

Цей постійний рух створює механічне напруження всередині батареї. Коли частинки змінюють своє положення, виникають локальні зони напруги, які з часом призводять до утворення мікротріщин. Саме ці тріщини поступово руйнують внутрішню структуру і знижують ефективність роботи батареї.

Таким чином, деградація виявляється не лише хімічним процесом, а й фізичним — пов’язаним із динамікою матеріалів. Це пояснює, чому батареї іноді зношуються швидше, ніж прогнозують існуючі моделі, особливо при інтенсивному використанні.

Новий підхід до проєктування акумуляторів

Отримані результати відкривають нові можливості для інженерів. Якщо враховувати рух частинок, можна створювати матеріали або структури, які зменшують цей ефект або краще витримують навантаження. Наприклад, майбутні батареї можуть мати внутрішні «амортизуючі» механізми або спеціальні композиції, що стримують переміщення частинок.

Крім того, ці дані допоможуть удосконалити комп’ютерні моделі. Сучасні симуляції часто недооцінюють швидкість зносу, бо не враховують динамічну поведінку матеріалів. Додавання цього фактору дозволить точніше прогнозувати термін служби акумуляторів.

Значення для майбутніх технологій

Це відкриття має особливе значення для електромобілів і систем зберігання енергії, де довговічність батарей є критично важливою. Зменшення внутрішніх пошкоджень може суттєво продовжити термін служби акумуляторів і знизити витрати на їх заміну.

У підсумку дослідження змінює сам підхід до розуміння батарей: від статичної системи до складного, динамічного середовища. І саме це нове бачення може стати ключем до створення більш надійних і довговічних джерел енергії у майбутньому.