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Célula betavoltaica de SiC apunta a 50 años de energía
KERI demostró una célula betavoltaica de SiC diseñada para funcionar más de 50 años, con una producción por célula proyectada 4,200 veces la meta previa de Corea.
Imagen: TechXplore
Un equipo en Corea del Sur ha demostrado una célula betavoltaica de carburo de silicio (SiC) diseñada para producir electricidad durante más de 50 años sin recarga ni reemplazo. El Korea Electrotechnology Research Institute (KERI) afirma que el dispositivo podría operar en entornos como el espacio, las profundidades marinas, sitios subterráneos y las regiones polares, donde las baterías convencionales y los paneles solares enfrentan limitaciones importantes.
El trabajo estuvo dirigido por el Dr. Seo Jae-hwa en el Advanced Semiconductor Research Center de KERI, en colaboración con el equipo del profesor Yoon Young-jun en Kyungpook National University. Los hallazgos se publicaron en el International Journal of Energy Research.
Célula de SiC alcanza 160 µW/cm²
Las células betavoltaicas generan electricidad convirtiendo los electrones liberados por material radiactivo en corriente eléctrica. Su principio de funcionamiento se asemeja al de una célula solar, pero usan partículas beta en lugar de luz solar, lo que permite una generación continua de baja potencia independientemente del clima o la temperatura.
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KERI utilizó SiC porque ofrece mayor resistencia al calor y a la radiación que el silicio convencional. Los investigadores optimizaron una estructura de diodo p-i-n y la combinaron con níquel-63 (Ni-63), un isótopo emisor beta. Tras establecer el primer sistema de medición especializado de Corea para la tecnología y completar los procedimientos de seguridad, midieron una densidad de potencia de 160 µW/cm² y construyeron un prototipo que alimentó un LED de bajo consumo.
Basándose en las características de decaimiento del Ni-63, KERI estima que el dispositivo puede funcionar durante más de 50 años en aplicaciones de ultra-bajo consumo que normalmente emplearían pilas de litio tipo moneda. El resultado supone una mejora de 60,000 veces sobre los resultados experimentales reportados anteriormente en Corea.
Mejora por célula de 4,200 veces
Pruebas con haz de electrones que simulan una configuración ideal, en la que el Ni-63 forma una capa delgada y uniforme sobre el semiconductor, indicaron una densidad de potencia potencial de 0.85 mW/cm² y una salida que supera los 20 µW por célula unidad. Eso es más de 4,200 veces el rendimiento por célula objetivo previo en Corea.
La larga vida media del Ni-63 otorga a la plataforma potencial para generación de energía a escala centenaria. KERI afirma que ampliar la célula y apilar múltiples unidades podría permitir su integración en productos que compitan con sistemas comerciales de los principales competidores globales.
Los investigadores también desarrollaron un modelo predictivo de IA que pronostica la potencia de salida y el voltaje con un 98%–99% de precisión, reduciendo el tiempo de optimización del diseño. En una prueba separada, irradiaron directamente la célula con protones de alta energía de 15 MeV para simular uno de los componentes del entorno de radiación que encuentran las naves espaciales. Los datos de degradación resultantes ayudarán a evaluar la fiabilidad de la célula para misiones espaciales.
«Una célula betavoltaica no está diseñada para aplicaciones de alta potencia, como las de los vehículos eléctricos. En cambio, sirve como una fuente de energía de vida ultra-larga que suministra de forma constante pequeñas cantidades de electricidad durante décadas sin mantenimiento, lo que la hace muy adecuada para entornos remotos de difícil acceso para las personas.»
Seo dijo que las aplicaciones potenciales incluyen sensores no tripulados de vigilancia y defensa, balizas de emergencia para el espacio y las profundidades marinas, y otros sistemas que almacenan energía antes de transmitir señales periódicamente.
Yoon dijo que el logro abarcó la fabricación, la medición y la demostración de prototipos en lugar de basarse únicamente en simulaciones o investigación básica. KERI ha presentado solicitudes de patentes relacionadas y planea trabajar con empresas de los sectores aeroespacial, defensa, energía nuclear, seguridad radiológica y teledetección en transferencia tecnológica y desarrollo conjunto de productos.
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vía TechXplore
