Radioactieve batterij

Hoe klein kunnen accu’s nog worden? Ongelooflijk klein, als wordt overgestapt op een radicaal ander principe: radioactiviteit.

De meeste batterijen danken hun elektrische spanning aan een chemische reactie. Maar volgens een Amerikaanse onderzoeker kunnen batterijen met radioactiviteit als bron van energie veel kleiner worden gemaakt.

Greenpeace zal het afkeuren, maar batterijen op kernreacties kunnen een miljoen keer zoveel energie bevatten als de chemische versie uit de winkel. Daarvoor hoeven het geen miniatuurkernreactoren te zijn: er zijn geen kettingreacties nodig. Dat scheelt qua veiligheid. Bekend is de batterij die opwarmt door het spontane verval van zijn radioactieve inhoud. Die warmte wordt omgezet in stroom. Zo worden satellieten van energie voorzien die zich te ver van de zon bevinden voor gebruik van zonnecellen.

Prof. Jae Wan Kwon van de afdeling Elektrotechniek van de Universiteit van Missouriheeft zich verdiept in een techniek waarover in 2005 voor het eerst is gepubliceerd. Bij zogeheten bètastralers worden elektronen uitgezonden en die kunnen in halfgeleidermateriaal direct een spanning opwekken. Dat lijkt op de manier waarop zonnecellen elektriciteit maken uit zonlicht. In plaats van een ‘fotovoltaïsche’ krijg je zo een ‘bètavoltaïsche’ cel. Het is voordelig de tussenstap van de warmte deels over te slaan, want warmte is altijd een bron van verliezen.

Hierbij doet zich wel een probleem voor. De straling beschadigt de kristalstructuur van de halfgeleider en daarmee het vermogen om de stralingsenergie efficiënt om te zetten. Een bètavoltaïsche cel gaat dus steeds slechter werken. Kwon is erin geslaagd deze zelfdestructie uit het proces te halen met de vloeibare halfgeleider selenium. Een vloeistof hééft geen kristalstructuur, dus kan er ook niets kapot. Bijkomend voordeel: de radioactieve bron, in dit geval zwavel-35, kan gewoon door de halfgeleider worden geroerd, zodat de straling precies op de juiste plaats wordt afgegeven.

De uitgezonden elektronen komen in het selenium nog geen tiende millimeter ver, zodat aan de buitenkant van de batterij nauwelijks straling valt te meten.

Kwon heeft in Applied Physics Letters aangetoond dat zijn idee werkt. Maar de astronomische energievoorraad in de kernreacties komt er niet helemaal uit. Kwons batterijtje leverde ongeveer een honderdmiljoenste van een watt. Geen probleem, volgens Kwon. Er zijn veel manieren om de opbrengst te verbeteren. Daar komt bij dat hij niet direct toepassing in mobiele gadgets voor ogen heeft. Kwon denkt aan micro-elektromechanische systemen (mems) als minuscule robotjes en sensoren, die net als mobieltjes een batterij nodig hebben, en wel eentje die niet opgeladen of vervangen hoeft te worden.

Herbert Blankesteijn