この安全な原子力電池は、1回の充電で数十年も持続する可能性がある。

研究者たちは、長持ちして充電の必要がないバッテリー技術の発見を願って、常により優れたバッテリー技術の開発に取り組んでいます。そして今月、私たちはさらにもう一つの画期的な進歩を遂げました。

大邱慶北科学技術院の韓国科学者たちは最近、ベタボルタ原理に基づいて動作する電池のプロトタイプを発表しました。研究者たちは以下のように説明しています。

原子力電池は、放射性物質から放出される高エネルギー粒子を利用して発電します。すべての放射性元素が生物に有害な放射線を放出するわけではなく、一部の放射線は特定の物質によって遮断できます。例えば、ベータ粒子（ベータ線とも呼ばれます）は薄いアルミニウム板で遮蔽できるため、ベータボルタイックは原子力電池にとって安全な選択肢となる可能性があります。

このベータボルタ電池のプロトタイプは、放射性炭素と呼ばれる不安定で放射性の高い炭素14をベースとしています。この炭素同位体は放射性ですが、ベータ線しか発生しないため、容易に遮蔽して害を防ぐことができます。

研究者らによると、放射性炭素は既に原子力発電所の副産物であるため、安価で入手しやすく、リサイクルも容易です。また、放射性炭素は分解が非常に遅いため、放射性炭素を動力源とする電池は、理論上は数十年、数世紀、あるいは数千年にもわたるエネルギー供給が可能となる可能性があります。

研究者らによると、この放射性炭素電池の最新プロトタイプはエネルギー変換効率が大幅に向上し、0.48パーセントから2.86パーセントに増加したという。

この種の原子力電池は指ほどの大きさで、このように長寿命の原子力電池はさまざまな用途に活用できる可能性があると、ス・イル・イン教授は言う。例えば、このような電池で駆動するペースメーカーは一生使えるため、外科手術による交換は不要になる。

しかし、現時点ではこのベタボルタ電池は放射性崩壊のごく一部しか電気エネルギーに変換できず、従来のリチウムイオン電池に比べて性能が低い。研究者はこの分野でさらなる開発を進める必要がある。

ベータボルトのミニ原子力電池

北京に拠点を置く中国企業、ベタボルト・ニュー・エナジー・テクノロジー社は、2024年初頭にダイヤモンド原子力電池を発表した。この電池はコインよりわずかに小さく、途中で充電したりメンテナンスをしたりすることなく、50年間電力を供給できるとされている。

同社によると、同社のバッテリーは現在パイロット段階にあり、量産体制での市場投入に向けて準備を進めているという。ベータボルトは、同社の原子力バッテリーは、航空宇宙、AIデバイス、医療機器、MEMSシステム、先進センサー、小型ドローン、マイクロロボットなど、様々な用途における長寿命電源のニーズを満たすことができると主張した。

ベタボルト

メーカーによると、この小型原子力電池は、ニッケル63核同位体分解技術と中国初のダイヤモンド半導体モジュール（第4世代半導体）を組み合わせたものだという。この分野、そして小型原子力電池の開発において、中国は「欧米の科学研究機関や企業をはるかにリードしている」と同社は主張している。Betavolt社は、この小型原子力電池の構造を次のように説明している。

ベータボルトの科学者チームは、2つのダイヤモンド半導体コンバーターの間に厚さ2マイクロメートルのニッケル63膜を配置することで、わずか10マイクロメートルという独自の単結晶ダイヤモンド半導体を開発しました。放射線源の崩壊エネルギーは電流に変換され、自己完結型のユニットを形成します。コアバッテリーはモジュール式で、数十から数百の独立したユニットモジュールで構成でき、直列および並列で使用できるため、さまざまなサイズと容量のバッテリー製品の製造が可能です。

ベタボルト社は、例えば携帯電話に常時電源を供給するために、小型原子力電池の性能をさらに向上させる必要があります。ベタボルト社が初めて開発したすぐに使用可能な電池は、15mm x 15mm x 5mmのBV100で、出力は100マイクロワット、電圧は3ボルトです。2025年には、出力1ワットの小型原子力電池が発売される予定です。これらの電池は直列接続と並列接続が可能です。

原子力電池についてさらに詳しく

原子力電池（放射性核種電池とも呼ばれる）は古くから存在しており、決して中国の発明ではありません。2019年には、ロシアの研究者が50年の寿命を持つ小型原子力電池の画期的な開発を報告しました。小型原子力電池は1960年代から宇宙旅行に使用されており、1970年代には原子力ペースメーカーさえ存在していました。

これらの原子力電池はニッケル63の放射性崩壊からエネルギーを得ますが、従来の放射性核種発生装置とは異なり、放射性崩壊時に発生する熱からエネルギーを得るわけではありません。その代わりに、ニッケル63のベータ線をダイヤモンド半導体で直接電気エネルギーに変換します。しかし、数年から数十年経つと、放出されるエネルギー量は減少します。さらに、このような電池は比較的少量のエネルギーしか供給できません。

放射性物質を使用するため、このエネルギー生成方法を携帯電話などの日常的な機器に使用することは、長期的には難しいでしょう。また、この方法は原子炉のように危険な連鎖反応を引き起こさないことも重要です。