گروهی از پژوهشگران در موسسه فناوری علمی Daegu Gyeongbuk (DGIST) به سرپرستی پروفسور سو-ایل این، نوع جدیدی از باتری هسته‌ای با نام سلول بتاولتائیک پروسکایتی (PBC) توسعه داده‌اند که می‌تواند دستگاه‌های کوچک را برای دهه‌ها بدون نیاز به شارژ مجدد تأمین انرژی کند. این تیم از کربن-14، نوعی ایزوتوپ ناپایدار از کربن معروف به رادیوکربن، در ترکیب با مواد پروسکایت استفاده کرده تا باتری هیبریدی با بازده تبدیل انرژی بالا و پایداری بلندمدت ایجاد کند.
در این باتری، نانوذرات رادیواکتیو کربن-14 و نقاط کوانتومی (14CNP/CQD) به‌عنوان الکترود به کار رفته‌اند. این اجزا در کنار فیلم پروسکایتی که با دو افزودنی کلرینه‌شده—متیل‌آمونیم کلرید (MACl) و سزیم کلرید (CsCl)—تقویت شده، در ساختار باتری جای گرفته‌اند. این افزودنی‌ها موجب تقویت ساختار کریستالی پروسکایت شده و انتقال بار الکتریکی را بهبود بخشیده‌اند. در مقایسه با طراحی‌های پیشین، این تیم بهبود 56.000 برابری در تحرک الکترونی ثبت کرده و در آزمایش‌ها، عملکرد پیوسته تا 9 ساعت را گزارش داده‌اند.
پژوهشگران اعلام کردند که این مطالعه نخستین ادغام موفق پروسکایت در سلول بتاولتائیک را نشان می‌دهد و آغازگر نسل جدیدی از این سلول‌هاست. سلول‌های بتاولتائیک با تبدیل ذرات بت، که در فرآیند واپاشی رادیواکتیو منتشر می‌شوند، به برق کار می‌کنند. از آنجا که پرتوهای بتا نمی‌توانند از پوست انسان عبور کنند و با موادی مانند آلومینیوم مسدود می‌شوند، این فناوری از نظر زیستی ایمن تلقی می‌شود.
کربن-14 همچنین محصول جانبی راکتورهای هسته‌ای است، بنابراین ارزان، در دسترس و قابل بازیافت است. به دلیل واپاشی بسیار کند، این ماده می‌تواند دستگاه‌ها را برای صدها یا حتی هزاران سال تأمین انرژی کند. برای افزایش بازده تبدیل انرژی (یعنی میزان تبدیل الکترون‌ها به توان قابل استفاده) تیم پژوهشی از نیمه‌رسانای دی‌اکسید تیتانیوم که در سلول‌های خورشیدی نیز کاربرد دارد، استفاده کرده و آن را با رنگ مبتنی بر روتنیم تقویت کرده‌اند.
پیوند میان رنگ و دی‌اکسید تیتانیوم با استفاده از اسید سیتریک تقویت شده است. زمانی که پرتوهای بتا به رنگ برخورد می‌کنند، واکنش زنجیره‌ای الکترونی موسوم به “بهمن الکترونی” آغاز می‌شود. این الکترون‌ها توسط دی‌اکسید تیتانیوم جذب شده و از طریق مدار الکتریکی جریان تولید می‌کنند. در طراحی این باتری، رادیوکربن هم در آند و هم در کاتد استفاده شده که موجب افزایش میزان تابش بتا و کاهش اتلاف انرژی در فاصله می‌شود.
این رویکرد بازده تبدیل انرژی را از 0.48 درصد در مدل‌های قدیمی به 2.84 درصد افزایش داده است. با این حال، این سیستم تنها بخش کوچکی از انرژی رادیواکتیو را به برق تبدیل می‌کند، بنابراین خروجی آن هنوز کمتر از باتری‌های لیتیوم-یونی استاندارد است. سو-ایل پیشنهادی را داده که با بهبود شکل تابش‌دهنده بتا و یافتن جذب‌کننده‌های بهتر، می‌توان توان خروجی را افزایش داد. وی افزود:
این پژوهش نخستین نمایش عملی از قابلیت سلول‌های بتاولتائیک در جهان است. ما قصد داریم تجاری‌سازی فناوری‌های نسل بعدی تأمین انرژی برای محیط‌های سخت را تسریع کنیم و به‌دنبال کوچک‌سازی بیشتر و انتقال فناوری هستیم.
دانشجوی دکتری، جونهو لی، نیز اظهار داشت:
اگرچه این پژوهش با چالش‌های روزانه‌ای همراه است که گاه غیرممکن به نظر می‌رسند، اما ما با حس مسئولیت قوی پیش می‌رویم، چرا که آینده کشورمان به امنیت انرژی وابسته است.
این تیم معتقد است که با توسعه بیشتر، باتری‌های مبتنی بر رادیوکربن می‌توانند در حوزه‌هایی مانند ضربان‌سازهای قلب، کاوشگرهای فضایی و پهپادها مورد استفاده قرار گیرند. همان‌طور که پروفسور این بیان می‌کند: ما می‌توانیم انرژی هسته‌ای ایمن را در دستگاه‌هایی به اندازه یک انگشت جای دهیم.
