От литий-ионных аккумуляторов к энергии нейтрино

Различные электронные приборы устаревают уже к моменту начала массового выпуска. Для использования различных гаджетов, приборов и даже инструментов становятся не нужны провода, вся работа строится на беспроводной технологии. Беспроводная технология стала возможно в том числе и благодаря изобретению литий-ионных аккумуляторов, характеризующихся более компактным видом, большой электрической емкостью, надежностью и продолжительностью работы. Создатели литий-ионных батарей удостоились Нобелевской премии по химии за 2019 год. Трое исследователей из разных стран смогли создать источники электрического тока, которые сегодня используются во многих областях – начиная от мобильных телефонов и заканчивая электромобилями.

Широкое внедрение литиево-ионных аккумуляторов продвинуло дальнейшие работы по их усовершенствованию для увеличения продолжительности их безаварийной работы. Илон Маск анонсировал появление в 2020 году аккумулятора, рассчитанного на миллион миль срока службы. Но массовое производство таких аккумуляторов потребует больших объемов лития, запасы которого ограничены, что неизбежно приведёт к его дефициту и удорожанию. Хотя, наблюдая, как быстро устаревают новые технологии, можно надеяться, что и литиево-ионные аккумуляторы станут не нужны в ближайшие 20-30 лет.

Есть ли для этого какие-либо предпосылки? Безусловно. С начала 2019 года во многих средствах массовой информации, на конференциях и различных выставках немецко-американская компания Neutrino Energy Group широко презентует свою инновационную Neutrinovoltaic технологию – способ генерации постоянного тока, работающую от различных видов излучений, имеющих как искусственное (электросмог, работающие блоки атомных электростанций), так и природное происхождение. Нужно отметить, что компания с целью обоснования устойчивой работы Neutrinovoltaic технологии проводила экспериментальные исследования по выявлению влияния на выходные характеристики нейтринного источника тока Neutrino Power Cube® отдельных видов излучений, в частности, изучались выходные характеристики источника тока при воздействии только космических частиц невидимого спектра излучения. С этой целью испытуемых рабочий элемент помещался в клетку Фарадея для исключения воздействия различных электромагнитных наводок и помещался в земляную шахту на глубину более 30 метров. 

Продолжительные испытания в таких условиях показали устойчивую выходную мощность 2.5-3.0 Bт с поверхности рабочей пластины размером А-4. На поверхности земли в отсутствии клетки Фарадея выходные характеристики нейтринного источника тока увеличивались. Нейтрино малой энергии чрезвычайно слабо взаимодействуют с веществом, и поэтому имеют колоссальную длину пробега в самых разных веществах: так, нейтрино с энергией порядка 3—10 МэВ имеют в воде длину свободного пробега порядка около ста св. лет, а практически все типы звёзд прозрачны для нейтрино. Каждую секунду через участок Земли площадью в 1 см? проходит около 60 млрд. нейтрино, однако их влияние на вещество практически никак не ощущается. В то же время нейтрино высоких энергий успешно обнаруживаются по их взаимодействию с мишенями. Анализ полученных опытным путём результатов позволил сделать вывод, что именно высокоэнергетические нейтрино воздействуют на рабочий элемент нейтринного источника тока.

Известно, что нейтрино обладают высокой проникающей способностью и чрезвычайно слабо взаимодействуют с веществами, которые они пронизывают насквозь. Поэтому если рабочие элементы разместить один над другим, как пачку бумаги, то воздействие на верхний рабочий элемент будет аналогично воздействию нейтрино на элемент в середине такой пачки или снизу. Такие свойства позволяют получить очень компактные источники постоянного тока. 

Что же из себя представляют рабочие элементы нейтринного источника тока? Почему стало возможным получить электрический ток, если нейтрино чрезвычайно слабо взаимодействуют с любыми материалами или вообще не взаимодействуют?

Изобретение нейтринного источника тока стало возможно благодаря самым последним открытиям в области материалов, а именно, благодаря получению графена и исследованию его свойств.  Учёные опытным путем получили оптимальный состав, геометрию,  толщину и количество нанесённых слоев инновационного материала, состоящего из легированного кремния и графена. Созданная структура материала постоянно находится в состоянии повышенной вибрации атомов. Поэтому минимальное воздействие нейтрино, пронизывающих материал, на амплитуду колебаний атомов материала, имеющего результирующую нано-толщину, переводит колебания атомов к резонансу, который снимается в виде постоянного электрического тока с металлической фольги, являющейся основой для нанесения многослойного покрытия. Многослойный материал наносится на одну сторону фольги. Покрытая сторона металлического носителя представляет собой положительный полюс, а непокрытый - отрицательный. 

Такие пластины соединяются последовательно и образуют так называемую энергетическую ячейку нейтринного источника тока Neutrino Power Cube®. Количество и размер ячеек, количество рабочих элементов в энергетической ячейке зависит от технического задания на источник постоянного тока по габаритным размерам и выходным характеристикам. 

Экс-федеральный министр правительства Германии, член Научного Совета Neutrino Energy Group профессор G?nther Krause анонсирует – «Первоначально мы планируем выпустить энергетические ячейки до 100 штук рабочих элементов в одной ячейке в соответствии с нормативами производства электрооборудования. Сколько рабочих элементов используется в одной энергетической ячейке, будет определяться в дальнейших исследованиях в течении 2021 года. При использовании 100 рабочих элементов размером А-4 в энергетической ячейке можно ожидать мощность около 300 кВт/час. На первом этапе планируются для внедрения Neutrino Energy Cubes с постоянным током от 1 кВт до 5 кВт - базовая энергия нагрузки с трансформаторами переменного тока (220 В / 400 В) и постоянного тока (48 В)».

Схема первичного промышленного размещения нейтринного источника тока в существующих приборах вероятнее всего будет рассчитана на работу с небольшой литиево-ионной аккумуляторной батареей. Совместная работа с таким аккумулятором позволит не только выдавать  необходимую прибору мощность, но также задействовать аккумулятор при пиковых нагрузках. Во время отключения прибора или перехода в спящий режим, нейтринный источник тока будет заряжать аккумулятор. 

Успешно заявив о себе в году 2019, Neutrinovoltaic технология имеет несомненно конкурентоспособные перспективы и покажет интересную динамику развития в 2020 году, так как отвечает на самые актуальные потребности научно-технического прогресса и объединяет самые талантливые умы научного мира.