{"id":15242,"date":"2018-06-12T12:19:13","date_gmt":"2018-06-12T15:19:13","guid":{"rendered":"http:\/\/universonerd.net\/portal\/?p=15242"},"modified":"2018-06-12T12:19:13","modified_gmt":"2018-06-12T15:19:13","slug":"conheca-a-bateria-que-nao-precisa-recarregar","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/universonerd.net\/portal\/conheca-a-bateria-que-nao-precisa-recarregar\/","title":{"rendered":"Conhe\u00e7a A Bateria Que N\u00e3o Precisa Recarregar"},"content":{"rendered":"

No futuro n\u00e3o muito distante, nossos smartphones<\/em>, ou mesmo carros el\u00e9tricos, poder\u00e3o ser alimentados por uma bateria nuclear<\/strong>, em lugar das tradicionais baterias de \u00edons de l\u00edtio, gra\u00e7as a um avan\u00e7o feito por pesquisadores russos. E n\u00e3o \u00e9 preciso se preocupar, porque a radia\u00e7\u00e3o envolvida nessa bateria nuclear \u00e9 de baixa energia<\/strong>, podendo ser bloqueada at\u00e9 mesmo por uma simples folha de papel e o inv\u00f3lucro da bateria \u00e9 mais do que suficiente para torn\u00e1-la segura para nossa sa\u00fade.<\/p>\n

Uma bateria nuclear sem riscos<\/h3>\n

A tecnologia das baterias nucleares (betabaterias ou tamb\u00e9m\u00a0betavoltaica) j\u00e1 foi usada na d\u00e9cada de 1970 para alimentar marcapassos card\u00edacos, antes de ser superada pelas baterias de \u00edons de l\u00edtio, com vidas \u00fateis muito mais curtas, mas tamb\u00e9m mais baratas. Al\u00e9m disso, naquela \u00e9poca, as baterias nucleares ainda n\u00e3o haviam sido miniaturizadas e seu uso ainda n\u00e3o era vi\u00e1vel.<\/p>\n

A bateria nuclear, que funciona a partir do decaimento beta de um is\u00f3topo radioativo do n\u00edquel, foi criada por uma equipe composta por pesquisadores do Instituto de F\u00edsica e Tecnologia de Moscou<\/strong>, Instituto Tecnol\u00f3gico de Materiais Superduros e Avan\u00e7ados de Carbono<\/strong>\u00a0e da Universidade Nacional de Ci\u00eancia e Tecnologia<\/strong>.<\/p>\n

O prot\u00f3tipo fornece cerca de 3.300 miliwatts-hora de energia por grama, mais do que em qualquer outra bateria nuclear do mesmo tipo e 10 vezes mais do que a energia espec\u00edfica das baterias qu\u00edmicas atuais.<\/em><\/strong><\/p><\/blockquote>\n

Para continuarmos, vamos entender como\u00a0funcionam as pilhas e baterias<\/h4>\n

As baterias qu\u00edmicas comuns, como as pilhas e as baterias de l\u00edtio dos smartphones<\/em>, tamb\u00e9m conhecidas como c\u00e9lulas galv\u00e2nicas<\/strong>, usam a energia das\u00a0rea\u00e7\u00f5es qu\u00edmicas de redu\u00e7\u00e3o-oxida\u00e7\u00e3o, ou redox. Nessas rea\u00e7\u00f5es, os el\u00e9trons s\u00e3o transferidos de um eletrodo para outro atrav\u00e9s de um eletr\u00f3lito, dando origem a uma diferen\u00e7a de potencial entre os eletrodos. Se os dois terminais da bateria forem conectados por um condutor, os el\u00e9trons come\u00e7am a fluir para equilibrar a diferen\u00e7a de potencial, gerando uma corrente el\u00e9trica.<\/p>\n

Essas baterias qu\u00edmicas s\u00e3o caracterizadas por uma alta densidade de pot\u00eancia, que envolve a rela\u00e7\u00e3o entre a pot\u00eancia da corrente gerada e o volume da bateria. No entanto, as atuais pilhas\/baterias descarregam em um tempo relativamente curto ou precisam ser recarregadas. Essa n\u00e3o \u00e9 uma boa ideia em aplica\u00e7\u00f5es como marcapassos card\u00edacos, porque isso exige cirurgias adicionais ou para alimentar espa\u00e7onaves, por exemplo.<\/p>\n

Felizmente, as rea\u00e7\u00f5es qu\u00edmicas s\u00e3o apenas uma das poss\u00edveis fontes de gera\u00e7\u00e3o de energia el\u00e9trica!<\/em><\/strong><\/p><\/blockquote>\n

Mas o que s\u00e3o baterias nucleares?<\/h3>\n

Uma bateria nuclear pode ser um nome que gera medo e terror, mas na verdade \u00e9 constitu\u00edda de materiais semicondutores para converter a energia do decaimento beta em eletricidade. As part\u00edculas beta<\/em> de baixa energia (emitidas pelo elemento radioativo), ionizam os \u00e1tomos do semicondutor, criando o mesmo desequil\u00edbrio de cargas visto nas baterias qu\u00edmicas. Na presen\u00e7a do campo est\u00e1tico de uma estrutura, as cargas fluem numa dire\u00e7\u00e3o, resultando em uma corrente el\u00e9trica.<\/p>\n

A principal vantagem das c\u00e9lulas betavoltaicas<\/strong> sobre as c\u00e9lulas galv\u00e2nicas \u00e9 a sua longevidade: os is\u00f3topos radioativos usados nas baterias nucleares t\u00eam uma meia-vida, a qual varia de dezenas \u00e0 centenas de anos<\/strong>, de modo que sua pot\u00eancia permanece quase constante por muito tempo.<\/p>\n

Em termos pr\u00e1ticos, s\u00e3o baterias para a vida toda, ou mesmo para v\u00e1rias vidas!<\/em><\/strong><\/p><\/blockquote>\n

Embora essa tecnologia seja conhecida h\u00e1 d\u00e9cadas, agora, pela primeira vez, as baterias nucleares alcan\u00e7aram uma densidade de energia que as torna competitivas com as baterias qu\u00edmicas.<\/p>\n

\u00c9 importante saber:<\/strong><\/p>\n

\u00c9 importante saber que as baterias betavoltaicas n\u00e3o devem ser confundidas com os\u00a0geradores termoel\u00e9tricos de radiois\u00f3topos, usados nos\u00a0rob\u00f4s enviados para Marte, como o Curiosity<\/strong>, e na\u00a0sonda espacial New Horizons<\/strong>, que explorou Plut\u00e3o e continua\u00a0em busca de outros corpos celestes.<\/p>\n

Esse tipo de gerador nuclear converte o calor liberado pelo decaimento radioativo em eletricidade usando termopares, mas com uma efici\u00eancia de poucos pontos percentuais. O seu uso pr\u00e1tico \u00e9 limitado na Terra devido ao\u00a0combust\u00edvel radioativo, tipicamente o plut\u00f4nio-238, que imp\u00f5e riscos \u00e0 sa\u00fade, \u00e9 dif\u00edcil de reciclar e pode vazar para o ambiente, mas a betavoltaica n\u00e3o imp\u00f5e esses riscos.<\/p>\n

Uma bateria para a vida toda<\/h3>\n

A nova bateria betavoltaica usa n\u00edquel-63 como fonte de radia\u00e7\u00e3o e\u00a0diodos de barreira Schottky\u00a0feitos de diamante para a convers\u00e3o de energia. V\u00e1rias equipes v\u00eam tentando usar\u00a0semicondutores de diamante para fazer baterias que dispensam recarga, mas ningu\u00e9m havia alcan\u00e7ado a efici\u00eancia obtida pelo grupo russo.<\/p>\n

O prot\u00f3tipo cont\u00e9m 200 conversores de diamante intercalados com camadas de n\u00edquel-63 e camadas de is\u00f3topos est\u00e1veis de n\u00edquel. A quantidade de energia gerada depende da espessura da folha de n\u00edquel e do pr\u00f3prio conversor, porque ambos afetam quantas part\u00edculas beta s\u00e3o absorvidas.<\/p>\n

Al\u00e9m disso, o\u00a0prot\u00f3tipo alcan\u00e7ou uma pot\u00eancia de sa\u00edda de cerca de 1 microwatt, enquanto a densidade de pot\u00eancia por cent\u00edmetro c\u00fabico foi de 10 microwatts, o que \u00e9 suficiente para alimentar um marcapasso.<\/em><\/strong><\/p><\/blockquote>\n

Futuro das baterias nucleares<\/strong><\/p>\n

A efici\u00eancia alcan\u00e7ada pela equipe abre perspectivas reais para o retorno das baterias nucleares \u00e0s aplica\u00e7\u00f5es m\u00e9dicas. A maioria dos marcapassos card\u00edacos de \u00faltima gera\u00e7\u00e3o tem mais de 10 cent\u00edmetros c\u00fabicos de tamanho e requer cerca de 10 microwatts de energia. Isso significa que a nova bateria nuclear pode ser usada para alimentar esses dispositivos sem qualquer altera\u00e7\u00e3o significativa em seu design<\/em> e tamanho. Com isso, seriam ent\u00e3o “marcapassos perp\u00e9tuos”, cujas baterias n\u00e3o precisariam ser substitu\u00eddas ou recarregadas, melhorando a qualidade de vida dos pacientes e eliminando o risco das cirurgias de reposi\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

A ind\u00fastria espacial tamb\u00e9m pode se beneficiar bastante das baterias nucleares compactas. Em particular, existe uma demanda por sensores externos sem fio aut\u00f4nomos e chips<\/em> de mem\u00f3ria com sistemas integrados de fornecimento de energia para espa\u00e7onaves. E o\u00a0diamante \u00e9 um dos semicondutores mais resistentes\u00a0\u00e0 radia\u00e7\u00e3o e aos rigores das temperaturas espaciais.<\/p>\n

A tecnologia, agora, ir\u00e1 ser otimizada e n\u00e3o dever\u00e1 demorar para chegar em v\u00e1rias aplica\u00e7\u00f5es!<\/p>\n

_________________________________________________<\/b><\/p>\n

Bibliografia<\/strong>: High power density nuclear battery prototype based on diamond Schottky diodes.\u00a0<\/i>V. S. Bormashov, S. Yu. Troschiev, S. A. Tarelkin, A. P. Volkov, D. V. Teteruk, A. V. Golovanov, M. S. Kuznetsov, N. V. Kornilov, S. A. Terentiev, Vladimir D. Blank. Diamond and Related Materials. Vol.: 84, Pages 41-47, 2018.<\/p>\n

DOI<\/strong>: 10.1016\/j.diamond.2018.03.006<\/a><\/p>\n

Se voc\u00ea gostou deste artigo, n\u00e3o deixe de participar atrav\u00e9s de sugest\u00f5es, cr\u00edticas e\/ou d\u00favidas. <\/b><\/i>Aproveitem para assinar o Blog, curtir a <\/b><\/i>P\u00e1gina no Facebook<\/a><\/b><\/i>, interagir no <\/b><\/i>Grupo do Facebook<\/a><\/b><\/i>, al\u00e9m de acompanhar publica\u00e7\u00f5es e ficar por dentro do Projeto Universo NERD, de sorteios, concursos e demais promo\u00e7\u00f5es.<\/b><\/i><\/p>\n

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No futuro n\u00e3o muito distante, nossos smartphones, ou mesmo carros el\u00e9tricos, poder\u00e3o ser alimentados por uma bateria nuclear, em lugar das tradicionais baterias de \u00edons de l\u00edtio, gra\u00e7as a um avan\u00e7o feito por pesquisadores russos. E n\u00e3o \u00e9 preciso se preocupar, porque a radia\u00e7\u00e3o envolvida nessa bateria nuclear \u00e9 de baixa energia, podendo ser bloqueada at\u00e9 mesmo por uma simples folha de papel e o inv\u00f3lucro da bateria \u00e9 mais do que suficiente para torn\u00e1-la segura para nossa sa\u00fade. Uma bateria nuclear sem riscos A tecnologia das baterias nucleares (betabaterias ou tamb\u00e9m\u00a0betavoltaica) j\u00e1 foi usada na d\u00e9cada de 1970 para alimentar marcapassos card\u00edacos, antes de ser superada pelas baterias de \u00edons de l\u00edtio, com vidas \u00fateis muito mais curtas, mas tamb\u00e9m mais baratas. Al\u00e9m disso, naquela \u00e9poca, as baterias nucleares ainda n\u00e3o haviam sido miniaturizadas e seu uso ainda n\u00e3o era vi\u00e1vel. A bateria nuclear, que funciona a partir do decaimento beta de um is\u00f3topo radioativo do n\u00edquel, foi criada por uma equipe composta por pesquisadores do Instituto de F\u00edsica e Tecnologia de Moscou, Instituto Tecnol\u00f3gico de Materiais Superduros e Avan\u00e7ados de Carbono\u00a0e da Universidade Nacional de Ci\u00eancia e Tecnologia. O prot\u00f3tipo fornece cerca de 3.300 miliwatts-hora de energia por grama, mais do que em qualquer outra bateria nuclear do mesmo tipo e 10 vezes mais do que a energia espec\u00edfica das baterias qu\u00edmicas atuais. Para continuarmos, vamos entender como\u00a0funcionam as pilhas e baterias As baterias qu\u00edmicas comuns, como as pilhas e as baterias de l\u00edtio dos smartphones, tamb\u00e9m conhecidas como c\u00e9lulas galv\u00e2nicas, usam a energia das\u00a0rea\u00e7\u00f5es qu\u00edmicas de redu\u00e7\u00e3o-oxida\u00e7\u00e3o, ou redox. Nessas rea\u00e7\u00f5es, os el\u00e9trons s\u00e3o transferidos de um eletrodo para outro atrav\u00e9s de um eletr\u00f3lito, dando origem a uma diferen\u00e7a de potencial entre os eletrodos. Se os dois terminais da bateria forem conectados por um condutor, os el\u00e9trons come\u00e7am a fluir para equilibrar a diferen\u00e7a de potencial, gerando uma corrente el\u00e9trica. Essas baterias qu\u00edmicas s\u00e3o caracterizadas por uma alta densidade de pot\u00eancia, que envolve a rela\u00e7\u00e3o entre a pot\u00eancia da corrente gerada e o volume da bateria. No entanto, as atuais pilhas\/baterias descarregam em um tempo relativamente curto ou precisam ser recarregadas. Essa n\u00e3o \u00e9 uma boa ideia em aplica\u00e7\u00f5es como marcapassos card\u00edacos, porque isso exige cirurgias adicionais ou para alimentar espa\u00e7onaves, por exemplo. Felizmente, as rea\u00e7\u00f5es qu\u00edmicas s\u00e3o apenas uma das poss\u00edveis fontes de gera\u00e7\u00e3o de energia el\u00e9trica! Mas o que s\u00e3o baterias nucleares? Uma bateria nuclear pode ser um nome que gera medo e terror, mas na verdade \u00e9 constitu\u00edda de materiais semicondutores para converter a energia do decaimento beta em eletricidade. As part\u00edculas beta de baixa energia (emitidas pelo elemento radioativo), ionizam os \u00e1tomos do semicondutor, criando o mesmo desequil\u00edbrio de cargas visto nas baterias qu\u00edmicas. Na presen\u00e7a do campo est\u00e1tico de uma estrutura, as cargas fluem numa dire\u00e7\u00e3o, resultando em uma corrente el\u00e9trica. A principal vantagem das c\u00e9lulas betavoltaicas sobre as c\u00e9lulas galv\u00e2nicas \u00e9 a sua longevidade: os is\u00f3topos radioativos usados nas baterias nucleares t\u00eam uma meia-vida, a qual varia de dezenas \u00e0 centenas de anos, de modo que sua pot\u00eancia permanece quase constante por muito tempo. Em termos pr\u00e1ticos, s\u00e3o baterias para a vida toda, ou mesmo para v\u00e1rias vidas! Embora essa tecnologia seja conhecida h\u00e1 d\u00e9cadas, agora, pela primeira vez, as baterias nucleares alcan\u00e7aram uma densidade de energia que as torna competitivas com as baterias qu\u00edmicas. \u00c9 importante saber: \u00c9 importante saber que as baterias betavoltaicas n\u00e3o devem ser confundidas com os\u00a0geradores termoel\u00e9tricos de radiois\u00f3topos, usados nos\u00a0rob\u00f4s enviados para Marte, como o Curiosity, e na\u00a0sonda espacial New Horizons, que explorou Plut\u00e3o e continua\u00a0em busca de outros corpos celestes. Esse tipo de gerador nuclear converte o calor liberado pelo decaimento radioativo em eletricidade usando termopares, mas com uma efici\u00eancia de poucos pontos percentuais. O seu uso pr\u00e1tico \u00e9 limitado na Terra devido ao\u00a0combust\u00edvel radioativo, tipicamente o plut\u00f4nio-238, que imp\u00f5e riscos \u00e0 sa\u00fade, \u00e9 dif\u00edcil de reciclar e pode vazar para o ambiente, mas a betavoltaica n\u00e3o imp\u00f5e esses riscos. Uma bateria para a vida toda A nova bateria betavoltaica usa n\u00edquel-63 como fonte de radia\u00e7\u00e3o e\u00a0diodos de barreira Schottky\u00a0feitos de diamante para a convers\u00e3o de energia. V\u00e1rias equipes v\u00eam tentando usar\u00a0semicondutores de diamante para fazer baterias que dispensam recarga, mas ningu\u00e9m havia alcan\u00e7ado a efici\u00eancia obtida pelo grupo russo. O prot\u00f3tipo cont\u00e9m 200 conversores de diamante intercalados com camadas de n\u00edquel-63 e camadas de is\u00f3topos est\u00e1veis de n\u00edquel. A quantidade de energia gerada depende da espessura da folha de n\u00edquel e do pr\u00f3prio conversor, porque ambos afetam quantas part\u00edculas beta s\u00e3o absorvidas. Al\u00e9m disso, o\u00a0prot\u00f3tipo alcan\u00e7ou uma pot\u00eancia de sa\u00edda de cerca de 1 microwatt, enquanto a densidade de pot\u00eancia por cent\u00edmetro c\u00fabico foi de 10 microwatts, o que \u00e9 suficiente para alimentar um marcapasso. Futuro das baterias nucleares A efici\u00eancia alcan\u00e7ada pela equipe abre perspectivas reais para o retorno das baterias nucleares \u00e0s aplica\u00e7\u00f5es m\u00e9dicas. A maioria dos marcapassos card\u00edacos de \u00faltima gera\u00e7\u00e3o tem mais de 10 cent\u00edmetros c\u00fabicos de tamanho e requer cerca de 10 microwatts de energia. Isso significa que a nova bateria nuclear pode ser usada para alimentar esses dispositivos sem qualquer altera\u00e7\u00e3o significativa em seu design e tamanho. Com isso, seriam ent\u00e3o “marcapassos perp\u00e9tuos”, cujas baterias n\u00e3o precisariam ser substitu\u00eddas ou recarregadas, melhorando a qualidade de vida dos pacientes e eliminando o risco das cirurgias de reposi\u00e7\u00e3o. A ind\u00fastria espacial tamb\u00e9m pode se beneficiar bastante das baterias nucleares compactas. Em particular, existe uma demanda por sensores externos sem fio aut\u00f4nomos e chips de mem\u00f3ria com sistemas integrados de fornecimento de energia para espa\u00e7onaves. E o\u00a0diamante \u00e9 um dos semicondutores mais resistentes\u00a0\u00e0 radia\u00e7\u00e3o e aos rigores das temperaturas espaciais. A tecnologia, agora, ir\u00e1 ser otimizada e n\u00e3o dever\u00e1 demorar para chegar em v\u00e1rias aplica\u00e7\u00f5es! _________________________________________________ Bibliografia: High power density nuclear battery prototype based on diamond Schottky diodes.\u00a0V. S. Bormashov, S. Yu. Troschiev, S. A. Tarelkin, A. P. Volkov, D. V. Teteruk, A. V. Golovanov, M. S. Kuznetsov, N. V. Kornilov, S. A. Terentiev, Vladimir D. Blank. Diamond and Related Materials. Vol.: 84, Pages 41-47, 2018. 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