Imaginez seulement remplacer les piles dans un appareil une fois par décennie, ou même une fois en un siècle. Les batteries nucléaires pourraient un jour nous permettre de le faire, mais leur densité de puissance est actuellement trop faible pour être très pratique. Aujourd’hui, des chercheurs russes ont développé une nouvelle conception de batterie nucléaire basée sur le nickel-63, qui a une énergie spécifique plus élevée que les batteries ordinaires, disponibles dans le commerce.

L’énergie nucléaire est mise à mal, car tout matériel nucléaire qui s’échappe peut rester dangereusement dans l’environnement pendant des décennies, voire des siècles. Mais de la même manière, si elle est correctement contenue, cette longévité peut être exploitée pour de bon, libérant de l’énergie lentement et régulièrement au fil des années.

Certaines batteries nucléaires fonctionnent selon un processus connu sous le nom de bêtavoltaïque. Une source radioactive à l’intérieur du dispositif se désintègre et émet des particules bêta (électrons et positrons), et lorsque ceux-ci interagissent avec une couche semi-conductrice, ils peuvent créer un courant électrique. Alors que ces types de batteries peuvent fournir de l’énergie de manière cohérente pendant de longues périodes de temps, leur faible densité de puissance signifie que l’énergie s’écoule lentement.

Fournir une énergie relativement faible sur une longue période rend les sources d’énergie nucléaire parfaites pour les applications où il est difficile de changer la batterie, comme les engins spatiaux ou les dispositifs implantables comme les stimulateurs cardiaques. Au cours des dernières années, nous avons vu une batterie nucléaire à base de strontium qui sépare les molécules d’eau pour produire de l’électricité, et la batterie NanoTritium avec une durée de vie de 20 ans.

Le nouveau concept développé par des chercheurs de l’Institut de physique et de technologie de Moscou (MIPT), l’Institut technologique des matériaux superdurs et nouveaux carbone (TISNCM) et l’Université nationale des sciences et technologies MISIS utilise l’isotope radioactif nickel-63, qui a une demi-vie de plus de 100 ans. L’équipe a conçu une nouvelle disposition qui améliore la densité de puissance de la batterie.

Les chercheurs ont déterminé que les couches de nickel 63 seraient plus efficaces à une épaisseur de seulement deux microns, et si ces sources radioactives étaient prises en sandwich entre des diodes en diamant de 10 microns d’épaisseur. Le prototype de la batterie nucléaire de l’équipe contenait 200 de ces convertisseurs d’énergie au diamant et atteignait une puissance d’environ 1 microWatt (μW). Sa densité de puissance était de 10 μW par cm3, ce qui signifie qu’il pourrait alimenter un stimulateur cardiaque moderne.

Compte tenu de la demi-vie centenaire du nickel 63, la batterie nucléaire possède environ 3 300 milliwattheures de puissance par gramme, ce qui, selon l’équipe, est 10 fois plus élevé que les batteries électrochimiques conventionnelles.

Les chercheurs ont également développé une méthode plus efficace de production en masse des couches minces de diamant avec des pertes minimes. La production du nickel-63 pourrait être difficile à grande échelle, mais l’équipe affirme que la production à l’échelle industrielle du matériau pourrait être déployée dans la prochaine décennie.

À l’avenir, l’équipe prévoit de continuer à améliorer la conception de la batterie nucléaire, et a déjà identifié quelques façons d’augmenter la puissance de la batterie. Cela inclut l’enrichissement du nickel-63, le changement de la structure des convertisseurs de diamant et l’augmentation de la surface de ces convertisseurs.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925963517307495

https://mipt.ru/english/news/prototype_nuclear_battery_packs_10_times_more_power