Las baterías de diamante proporcionan electricidad durante miles de años

Una batería normal almacena energía química y la libera cuando se descarga; Si se agota el suministro, se termina el suministro eléctrico. Una batería de radionúclidos funciona de manera fundamentalmente diferente porque no almacena nada, pero convierte continuamente la energía de la desintegración radiactiva. Células de este tipo se han encontrado en sondas espaciales desde hace décadas y suelen utilizar plutonio como fuente de calor. Este enfoque no es una opción para aplicaciones pequeñas en la Tierra porque el esfuerzo requerido para el blindaje y la seguridad es demasiado grande. Por lo tanto, se buscan materiales en los que un emisor débil esté encerrado directamente en un cuerpo sólido que absorba la radiación y la convierta en corriente eléctrica.

Carbon-14 ofrece una combinación inusual. Se desintegra mediante la emisión de electrones, la llamada radiación beta, y esta radiación es tan débil que unos pocos milímetros de material sólido la frenan por completo. La piel humana los repele; la sustancia sólo sería peligrosa si el cuerpo la absorbiera. Al mismo tiempo, el carbono es el elemento del que está hecho el diamante, y el diamante es un semiconductor excepcionalmente robusto. Esto da como resultado un principio de construcción en el que la fuente de radiación y el convertidor están hechos del mismo material y el nucleido permanece atrapado permanentemente en la red cristalina.

Cómo funciona la batería de diamante

La estructura es similar a la de una célula solar, excepto que no es la luz sino los electrones rápidos los que generan los portadores de carga. En el cristal, los electrones liberados durante la desintegración liberan pares de cargas que fluyen a través de los contactos y forman así una corriente. Una fina capa de carbono-14 está rodeada por una capa hecha de carbono-12 ordinario.

Esta estructura en capas se produce en un sistema de plasma donde el diamante crece a partir de la fase gaseosa. Según anunció la Universidad de Bristol con motivo de la presentación del prototipo, la primera célula de este tipo en el mundo se creó en colaboración con la Agencia Británica de Energía Atómica. El atractivo del proceso también reside en el origen del material: grandes cantidades de carbono-14 se encuentran en bloques de grafito procedentes de centrales nucleares fuera de servicio, que de otro modo tendrían que almacenarse como residuos.

Millonésimas de vatios en lugar de kilovatios

El número importante no es la durabilidad, sino el rendimiento. Una celda de este tipo proporciona energía en el rango de los microvatios, o alrededor de una millonésima parte de la requerida por un diodo emisor de luz. No se puede utilizar un teléfono inteligente o un coche eléctrico con él y básicamente nada cambiará porque el número de desintegraciones por segundo está determinado por la vida media. Es precisamente la larga vida media que garantiza su durabilidad lo que limita su rendimiento. Por lo tanto, son útiles aplicaciones que requieren muy poca energía pero que permanecen inaccesibles durante décadas: implantes médicos como audífonos o implantes oculares, sensores en edificios, transmisores de marcadores en naves espaciales o dispositivos de medición en lugares donde nadie puede cambiar una batería. Hasta qué punto la electrónica funciona hoy en día en condiciones difíciles lo demuestra también un transistor que todavía funciona a 600 grados centígrados.

¿Qué tan segura es una celda radiactiva?

La idea de una batería radiactiva en el cuerpo parece inquietante al principio, pero la física isotópica desmiente en gran medida esta objeción. La radiación beta del carbono 14 tiene un alcance muy corto y es absorbida casi por completo por el diamante circundante; Precisamente esta absorción es la fase de trabajo a partir de la cual se crea la electricidad. El diamante es también uno de los materiales más duros y químicamente resistentes que existen, lo que significa que el nucleido sólo podría liberarse si el cristal se destruyera mecánicamente. Sin embargo, quedan preguntas prácticas sin respuesta: cuántas de estas células se pueden producir de forma económica, cómo se recogen y eliminan al final de su uso y cómo se evita que acaben en el flujo normal de residuos.

Una fuente de energía para los periodos sin dispositivos

El verdadero encanto de esta técnica reside en su desproporción. Ningún dispositivo electrónico existente hoy seguirá funcionando dentro de 5.000 años; El plástico se rompe, las uniones soldadas se corroen y los dispositivos de almacenamiento pierden su contenido. La fuente de energía duraría todo esto. En la práctica, esto significa sobre todo que la vida útil de un dispositivo ya no dependerá de la batería, sino de todo lo demás. Este sería un cambio notable para las plantas que ahora deben ser reemplazadas después de unos años, así como para las aplicaciones espaciales. El resto sigue siendo una cuestión de cantidad.

Presentación inicial de la Universidad de Bristol y la Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido, diciembre de 2024; sin publicaciones especializadas con DOI