21/09/2023
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La Nano Diamond Battery : une batterie de diamant révolutionnaire

Connaissez vous la batterie en diamant révolutionnaire Nano Diamond Battery ?

C’est la nouvelle batterie de diamant révolutionnaire au carbone radioactif.

Par contre le concept des piles nucléaires n’est pas nouveau.

En effet elles servent depuis longtemps pour les missions spatiales.

De même, des micro-piles nucléaires (au Tritium) sont déjà commercialisées aux États-Unis.

Elles possédent une durée de vie 20 fois supérieure aux piles classiques.

Le Professeur Tom Scott, à l’origine de la recherche dans le domaine de la batterie nucléaire au diamant, s’est associé à un collègue chimiste, Neil Fox.

Ainsi ils ont fondé la société Arkenlight qui commercialise des batterie à diamants nucléaires.

Grâce à cela, la durée de vie des batteries-diamants fabriquées avec cet isotope radioactif va révolutionner le monde de l’autonomie électrique.

Pour rappel, la demi-vie du carbone 14 (C-14) est de 5730 ans.

Une découverte scientifique

Au départ, un groupe de scientifiques de l’Université de Bristol (Cabot Institute for environnement) travaille sous l’égide du Professeur Tom Scott.

Ce groupe réussit l’exploit d’encapsuler des matières radioactives à l’intérieur d’un diamant.

Leurs travaux s’inscrivent alors dans un travail commun avec l’Université d’Oxford le projet « Aspire ».

L’intérêt des chercheurs est de pouvoir extraire les isotopes du carbone 14 des réacteurs graphites irradiés.

Ils veulent ainsi réduire la radioactivité des déchets nucléaires à stocker.

Le carbone 14 se forme dans les barres de graphite (carbone).

Ces barres servent à ralentir les neutrons dans les réacteurs refroidis par gaz ADC (Advanced Gas Reactors).

Ainsi le travail de recherche permet de convertir le rayonnement radioactif en électricité durable.

Et cela grâce à des piles en diamant (artificiel).

Le rayonnement (radioactif ) développe un faible courant électrique que le diamant est capable de conduire après l’avoir absorbé.

Recyclage du carbone radioactif

L’objectif de la batterie de diamant est d’utiliser le carbone radioactif issu de la filière nucléaire civile.

Ce carbone provient du graphite servant de modérateur dans les réacteurs irradiés des centrales nucléaires.

C’est en cela déjà qu’il s’agit d’une batterie de diamant révolutionnaire

Les chercheurs de Bristol ont ainsi scruté le carbone 14.

Ils ont ainsi découvert que sa radioactivité se trouvait sur sa surface externe.

Ils établissent alors qu’après l’avoir chauffé, la radioactivité se transforme en gaz et s’évapore.

L’équipe de chercheurs a alors eu l’idée de capturer ce gaz pour le solidifier en diamant (nanodiamant).

Il s’agit en fait d’une autre forme du carbone.

Pour cela, ils emploient le processus appelé dépôt chimique en phase vapeur.

Pour ce faire, ils utilisent un méthane radioactif dans lequel ils ont mis l’isotope radioactif C14.

Techniquement, la batterie au diamant est un bêta-voltaïque qui convertit le rayonnement bêta pour produire de l’électricité (le C14 émet uniquement des rayons bêta).

Par contre l’inconvénient du carbone-14 est sa faible capacité en termes de courant produit.

A l’inverse, le tritium énergétiquement plus élevé à une durée de vie plus courte de 12,5 ans.

Des applications vertigineuses

Le cœur de cette nouvelle batterie nucléaire est donc un petit morceau de diamant radioactif.

Elle fonctionnera pendant 7746 ans avant que le courant produit ne diminue de moitié.

L’intérêt premier, et non des moindres, est que ces piles nucléaires ne craignent pas les conditions extrêmes.

En plus elles résistent à l’humidité, à la corrosion et aux températures extrêmes de l’ordre de 700°C).

Enfin le second intérêt est la taille de ces piles : 10 mm x 10 mm x 0,5 mm.

Cette dimension est particulièrement utile pour les implants médicaux (pacemaker).

Elle l’est aussi pour les capteurs industriels et les instruments de précision.

Outre ses recherches, l’équipe de chercheurs de l’Université de Bristol a réalisé un exploit en lançant un capteur de la taille d’un ballon au sommet du volcan Stromboli.

L’appareil, alimenté par une batterie de diamant, a ainsi suivi les mouvements et les tremblements du volcan.

Le capteur fut d’ailleurs baptisé Oeuf de dragon par l’équipe.

Dans notre quotidien, cette pile nucléaire va probablement trouver son utilité dans les mini-processeurs et les MEMS (Micro Electronic Mechanical Systems).

Cette pile peut être par exemple utilisé avec une RFID (radio frequency identification).

La puissance dans le futur

On peut aussi se mettre à rêver et à imaginer des smartphones chargés pour la vie.

Ainsi dans un futur encore plus technologique, fini les câbles électriques pour recharger.

Cela sera pratique pour les photos lors d’un voyage de noces sur la lune par exemple.

L’équipe du groupe Aspire Diamond au South West Nuclear Hub de l’Université de Bristol travaille sur le problème de la puissance.

Pour comprendre, une pile de 10 mm de diamètre et de moins de 0,5 mm d’épaisseur produirait des dizaines de microwatts.

Pour alimenter un téléphone portable, et en raison de la quantité de carbone 14 nécessaire, le volume serait celui d’une boite de conserve.

Les limites physiques du diamant de carbone 14 exigent une masse plus grande que le téléphone lui-même.

Quand le problème de la puissance de la batterie nucléaire par rapport à son poids sera résolu, les archéologues du futur découvriront alors des smartphones parfaitement conservés.

Et au delà dans le futur, ces nouvelles batteries équiperont les voitures électriques avec une autonomie quasi-illimitée.

Sans danger pour la santé

Le nucléaire fait peur.

Et la question qui se pose est celle des risques pour la santé avec ce type de piles/batterie.

En effet une batterie de diamant révolutionnaire doit aussi présenter des garanties.

Pour assurer une protection des rayonnements, le cœur du diamant radioactif est enrober d’une couche de carbone 12.

De surcroît cette couche absorbe les rayonnements.

De plus, sous la forme d’un diamant solide, le C-14 ne peut ni être extrait et ni être absorbé par un être vivant.

Le diamant est aussi un excellent dissipateur de chaleur avec sa structure ultra-rigide.

Doté d’une dureté imbattable, le diamant permet un haut degré de sécurité mécanique limitant les risques de casse.

Un impact indirect sera la réduction du coût du stockage des déchets radioactifs qui serviront de matières premières pour ces piles.

En cela, la pile en diamant sera une solution rentable au regard du coût exorbitant de la gestion des ces déchets radioactifs.

Cette batterie de diamant révolutionnaire va peut-être rebattre les cartes de la transition énergétique et du recyclage.

Article : P. du Chélas

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