Інженери дедалі активніше шукають способи створити джерела живлення, які могли б працювати місяцями або навіть роками без обслуговування — особливо там, де заміна батарей майже неможлива: у глибинах океану чи в космосі. Саме на це спрямований новий проєкт за підтримки Defense Advanced Research Projects Agency, який розвиває перспективну технологію радіовольтаїки.
Йдеться про особливий тип батарей, здатних безпосередньо перетворювати енергію ядерного випромінювання на електрику. На відміну від звичних акумуляторів, такі системи не потребують підзарядки й можуть забезпечувати стабільне живлення протягом тривалого часу. Це робить їх ідеальними для автономних пристроїв, які працюють у віддалених або екстремальних умовах.
У межах проєкту на суму 2,8 мільйона доларів, який очолює University of Missouri, дослідники з University of Toledo працюють над створенням мікроскопічних радіовольтаїчних пристроїв. Такі компактні джерела енергії планують використовувати в морських буях, космічних апаратах і різноманітних сенсорах, де доступ до обслуговування обмежений або взагалі відсутній.
Проєкт реалізується в межах програми Rads to Watts, яка досліджує нові підходи до прямого перетворення ядерної енергії на електричну. За словами одного з учасників, мета — досягти щільності потужності на рівні 10 ватів на кілограм, що значно перевищує можливості нинішніх рішень у цій сфері.
Принцип роботи радіовольтаїки частково нагадує сонячні панелі. Але замість фотонів світла тут використовуються заряджені частинки, які утворюються під час радіоактивного розпаду. Завдяки цьому такі батареї можуть ефективно працювати навіть там, де немає сонячного світла або воно нестабільне — наприклад, у глибокому космосі чи під товщею води.
Особливу увагу дослідники приділяють матеріалам. Зокрема, вони використовують оксид галію — напівпровідник, який краще витримує вплив радіації, ніж традиційні матеріали. Це дозволяє підвищити ефективність пристроїв і значно продовжити термін їхньої служби.
Важливу роль у розробці відіграє моделювання. Команда з University of Toledo створює цифрові моделі майбутніх пристроїв, використовуючи методи кінцевих елементів. Це дає змогу протестувати різні конструкції ще до етапу виробництва й обрати найефективніші рішення. Після цього напрацьовані моделі передаються іншим учасникам проєкту для створення фізичних прототипів.
До співпраці також долучилися Pennsylvania State University, University of Houston та Naval Research Laboratory. Об’єднання зусиль у галузях матеріалознавства, інженерії та моделювання має пришвидшити розвиток технології.
Якщо ці розробки виправдають очікування, радіовольтаїчні батареї можуть стати ключовим елементом для нових поколінь автономних систем — від океанографічних датчиків до космічних місій, де стабільне й довготривале джерело енергії є критично важливим.