나노 다이아몬드 배터리: 모든 기기를 위한 친환경 고성능 에너지

현대 생활은 일상생활의 다양한 측면, 통신 기기부터 운송 수단까지 모바일 배터리 구동 기기에 크게 의존하고 있습니다. 효율적이고 비용 효율적인 배터리에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 기존 배터리는 수많은 우려사항으로 가득 차 있으며, 지구온난화와 폐기물 축적에 대한 인식이 높아지는 시대에 생산은 지속가능한 개발 원칙과 프로세스에 부합해야 합니다.

나노 다이아몬드 배터리(NDB)는 알파, 베타, 중성자 볼타익 배터리인 고출력 다이아몬드 기반 배터리로, 기존 화학 배터리의 한계를 극복하고 수많은 애플리케이션에 평생 친환경 에너지를 제공할 수 있습니다. NDB는 작은 핵발전기처럼 작동합니다. NDB의 전력원은 중간 및 고준위 방사성 동위원소로, 여러 수준의 합성 다이아몬드로 안전하게 차폐됩니다. 에너지는 비탄성 산란이라는 과정을 통해 다이아몬드에 흡수되어 전기를 생성합니다. 자기 충전 과정은 최대 28,000년의 배터리 수명으로 모든 장치나 기계의 전체 수명 동안 충전을 제공합니다.

배터리가 자기 충전식이어서 자연 공기 노출만 필요하므로, 과잉 전하는 커패시터, 슈퍼커패시터, 2차 전지에 저장되어 휴대폰, 항공기, 로켓, 전기차, 센서 및 기타 장치와 기계의 배터리 수명을 연장할 수 있습니다.

시스템 기술

다이아몬드 핵 볼타익(DNV) 기술 — 장치로서 DNV는 반도체, 금속, 세라믹의 조합으로 두 개의 접촉면을 가지고 있어 전하 수집을 용이하게 합니다. 여러 단일 유닛이 DNV 측면에 Ni를 증착하여 제작된 전도 채널을 통해 연결되어 배터리 시스템의 +극과 -극 접점인 DNV 스택을 생성합니다. 이들 사이에는 붕괴 시 알파, 베타, 또는 중성자 방사선을 방출하는 방사성 동위원소가 있습니다. 이는 단결정 다이아몬드(SCD)에서 비탄성 산란되어 전하 수집기에 의해 수집되는 전하를 생성합니다.

DNV 스택의 모든 층은 고에너지 출력 소스로 구성됩니다. 이러한 배열은 시스템의 전반적인 효율을 개선하고 제품에 다층 안전 차폐를 제공합니다.

방사선에서 전기로의 신속한 변환 — 모든 방사성 동위원소는 많은 열을 발생시키는 것으로 알려져 있습니다. DNV 유닛 내 SCD 존재로 인한 비탄성 산란을 용이하게 하는 소스의 전략적 배치는 방사성 동위원소의 자기 열 흡수를 방지하고 사용 가능한 전기로의 신속한 변환을 가능하게 합니다.

박막 구조 — NDB가 나타내는 박막 프로파일은 최소한의 자기 흡수로 SCD에서 방사선 흡수를 허용합니다. 유연한 설계 구조로 이 기술은 애플리케이션에 따라 어떤 모양과 형태도 취할 수 있습니다. NDB는 애플리케이션이 요구하는 만큼 크게 만들 수 있으며, 최소 크기 제한은 40μm입니다.

핵 재활용 공정 — 방사성 폐기물은 재처리 및 재활용되어 안전하고 안심할 수 있는 환경에서 지속가능성과 청정 에너지원을 촉진합니다.

안전 기능

NDB의 핵심 혁신은 열, 기계, 방사선 안전을 다루는 정교한 안전 기능입니다.

다이아몬드 캡슐화 — 방사선 안전은 방사선을 장치 내에 가두는 다이아몬드 캡슐화를 통해 DNV를 캡슐화함으로써 달성됩니다. DNV 스택과 소스는 가장 열전도성이 높은 물질로 알려진 다결정 다이아몬드 층으로 코팅되어 방사선을 장치 내에 가둡니다. 또한 스테인리스강보다 12배 더 강해 배터리를 강하고 변조 방지하게 만듭니다.

나노레이어는 '구멍과 캡' 구조의 크롬과 납으로 만들어져 DNV에서 나오는 방사선을 포착합니다. 구멍은 캡슐화 구성요소 외부로 열을 전도하는 열전도 채널 역할을 합니다. 캡은 다이아몬드 캡슐화 구성요소에 내장된 구멍에서 나오는 방사선을 포착할 수 있으며, 1차 방사선뿐만 아니라 2차 방사선도 흡수하여 배경 방사선 수준에 가깝게 유지할 수 있습니다.

내장 열 배출구 — 배터리 시스템에 존재하는 고에너지 소스는 작동 중 열을 생성합니다. 이는 시스템에서 열전도를 유도합니다. 시스템의 열 배출구는 다이아몬드 외부 표면에 대해 내부를 최적 수준으로 유지하며 이 과정을 돕습니다.

붕소 도핑 SCD — 시스템의 모든 측면을 활용하기 위해 NDB는 알파와 베타 외에도 붕소-10 도핑으로 중성자 방사선도 통합합니다. 도핑은 여분의 중성자를 알파선으로 변환하는 데 도움이 됩니다.

락인 시스템 — 핵 전력원을 배터리 시스템에 사용하면 Pu-238과 U-232 같은 핵분열성 동위원소 생산으로 인한 핵확산 문제가 제기됩니다. 이 문제를 해결하기 위해 NDB는 '락인 시스템'이라고 불리는 이온 주입 메커니즘을 사용하여 발전 이외의 용도를 방지합니다. 이는 소비자 안전 요구사항을 충족하여 사용성을 높입니다.

애플리케이션

자동차 — 전기차는 다양한 정부에서 적극적으로 장려되어 최근 몇 년간 가장 빠르게 성장하는 분야 중 하나입니다. 자연스럽게 핵심 구성요소인 차량을 추진하는 배터리도 크게 개발되었습니다. 배터리 솔루션으로서 NDB는 자동차의 전통적인 측면뿐만 아니라 모터에도 전력을 공급합니다. 아마도 가장 흥미로운 점은 헤드업 디스플레이, 증강현실, 자율주행, 온보드 AI 같은 혁신도 NDB로 지원될 수 있다는 것입니다.

NDB는 낮에 자동차를 구동하는 데 사용될 수 있고, 밤에 차가 주차되면 NDB 구동 EV를 집에 연결하여 생성된 전하로 집과 여분을 전력망에 판매할 수 있습니다. 이는 국가 전력망이 전기를 크라우드소싱하는 것을 의미하며, EV 채택률 증가에 따른 전력 수요 증가를 완화합니다.

항공우주 — 항공 시장은 방대하며 많은 기술 발전이 디지털 혁명에서 나옵니다. NDB 사용 예로는 조종석 같은 필수 영역에 전력 확보로 항공 안전 개선, 실종 항공기 구조를 돕기 위한 블랙박스 전력 공급이 있습니다. 블랙박스는 주기적으로 위치를 방송하는 신호를 보내지만, 신호 가용성은 그것을 구동하는 배터리에 기반합니다. 현재 블랙박스 배터리 충전 한계로 위치 신호가 배터리 충전 소진 시 사용할 수 없게 되어 수색 시간이 제한됩니다. NDB는 블랙박스 배터리 수명을 늘려 수색대가 구조할 더 큰 기회를 제공할 것입니다.

우주 기술의 최근 발전과 전기 항공기의 부상은 배터리 시스템에 대한 수요 증가를 이끌었지만, 수명과 안전 우려로 방해받고 있습니다. 위성과 우주선은 태양광에 크게 의존하는데, 이는 가혹한 우주 환경에서 중단될 수 있습니다. NDB는 드론, 전기 항공기, 위성, 우주 탐사선, 우주복, 정거장에 전력을 공급하면서 더 긴 활동을 가능하게 할 수 있습니다.

의료 기술 — 보청기와 심박조율기 같은 현장 의료 기기와 이식형 기기는 더 작은 패키지의 긴 배터리 수명과 안전성 추가 혜택으로 혜택을 볼 수 있습니다. NDB를 사용하면 환자는 긴 반감기 덕분에 심박조율기 충전을 걱정하지 않아도 됩니다. NDB는 구조에 내장된 기본 방사선 흡수층이 있어 이식형 장치에서 방사선 누출을 방지합니다.

산업 — NDB의 안전성, 전력 출력, 보편성은 많은 일상 애플리케이션과 구현하기 어려운 애플리케이션에 전력을 공급합니다. 데이터 센터, 원격 위치, 열악한 환경 애플리케이션에서 NDB는 생산성과 미래 지향적 애플리케이션에 대한 탁월한 약속이 됩니다.

사물인터넷(IoT)의 한 가지 단점은 물리적 장치 자체에 있습니다. 각 기능(조명 등)은 센서와 Wi-Fi 연결 수신기가 필요하므로 필연적으로 전기가 필요합니다. 전통적으로 이는 배터리와 직접 전기 배선으로 충족되었지만, 어느 경우든 한계가 있습니다. 배터리는 방전되고 전선은 전기 기사가 설치해야 하므로 불편할 수 있습니다. NDB를 사용하면 IoT 장치가 완전히 무선이 되고 배터리 고갈 걱정 없이 어디에나 배치할 수 있습니다.

결론

NDB는 배출이 없고 환경에 불활성이며 코발트 채굴이 필요하지 않아 친환경적입니다. NDB는 기존 에너지원보다 에너지 밀도가 높고 수명이 길며 날씨에 독립적인 대안입니다. 추가 가치는 유해 부산물 부족과 핵폐기물 재활용입니다.

이 기술은 가솔린과 리튬이온 배터리 같은 다른 에너지원을 대체할 잠재력이 있어 배출과 독성 금속 폐기물로 인한 부정적 환경 영향을 줄일 수 있습니다.

또 다른 트렌드는 리튬이온 배터리의 필수 구성요소인 코발트 부족입니다. NDB는 코발트를 포함하지 않으므로 원자재 공급 부족에 영향받지 않는 솔루션입니다.

마지막으로, 가장 중요한 최근 트렌드 중 하나는 전기차 수요의 급격한 증가입니다. 전 세계 정부가 화석연료 차량을 전기차로 전환하기 위해 노력하고 있습니다. 이는 NDB에 자연스럽게 적합한 시장입니다.

이 기사는 NDB(샌프란시스코, CA) CEO Dr. Nima Golsharifi가 기고했습니다. 자세한 정보는 여기를 방문하세요.