L’entreprise chinoise Betavolt Technology a annoncé une pile de 3 volts d’une puissance de 100 microwatts dans un boîtier compact (15 mm × 15 mm × 5 mm), qui promet une durée de vie de 50 ans. L’entreprise compte y parvenir à l’aide de la technologie Betavoltaik, qui consiste à irradier un semi-conducteur avec des électrons rapides produits par la désintégration bêta d’un isotope.
D’ici 2025, Betavolt Technology veut mettre sur le marché des batteries d’une puissance d’un watt. L’entreprise veut également étendre ses études à des isotopes tels que le strontium-90, le prométhium-147 et le deutérium, afin de développer des batteries aux radionucléides plus performantes et d’une durée de vie comprise entre deux et trente ans. L’entreprise voit comme applications de telles batteries les smartphones, les drones, mais aussi la technique médicale, pour autant que la politique le permette.
Jusqu’à présent, la batterie n’a toutefois fait l’objet que d’un communiqué de presse avec quelques spécifications et des images 3D. D’ici là, Betavolt Technology a encore un long chemin à parcourir.
La batterie présentée utilise comme source d’énergie du nickel-63 et un semi-conducteur en diamant comme convertisseur d’énergie. Grâce à l’intégration d’un supercondensateur, la batterie doit servir de source de courant pulsé avec une durée de vie plus longue. La batterie centrale se compose d’un convertisseur, d’un substrat, d’une source de nickel-63 et d’une couche de protection des cellules. La batterie β-volt au nickel-63 diamant est de conception modulaire et atteint, selon Betavolt Technology, un taux de conversion énergétique de 8,8 pour cent.
L’entreprise aurait développé à cet effet un semi-conducteur en diamant monocristallin d’une épaisseur de seulement 10 micromètres. Selon Betavolt Technology, une couche de nickel 63 de deux micromètres d’épaisseur se trouve entre deux convertisseurs diamant-semi-conducteur qui transforment l’énergie de désintégration de la source radioactive en courant électrique.
Fonctionnement
Les électrons libérés sous forme de rayonnement bêta lors de la désintégration radioactive du nickel-63 doivent générer des porteurs de charge secondaires dans la jonction p-n du semi-conducteur en diamant. Un champ de zones de charge d’espace provoque une séparation des porteurs de charge. Il se forme à l’interface entre les zones différemment dopées dans le semi-conducteur et agit comme une barrière qui sépare les uns des autres les porteurs de charge générés par le rayonnement bêta. Cette séparation s’effectue à l’encontre d’une tension appliquée de l’extérieur, ce qui permet de contrôler le mouvement des porteurs de charge et donc de produire de l’énergie électrique.
Origines dans les années 1960
Les batteries de radionucléides ne sont pas nouvelles : depuis les années 1960, l’énergie thermique de la désintégration radioactive est convertie en énergie électrique lors de missions spatiales au moyen de générateurs thermoélectriques (Radioisotope Thermoelectric Generator, RTG). Le rover Curiosity, qui se déplace sur Mars depuis 2011 pour la NASA, utilise également une batterie de radionucléides contenant environ cinq kilogrammes de dioxyde de plutonium.
Les stimulateurs cardiaques sont un des premiers exemples de piles au radionucléide dans la technique médicale. Dans les années 1970, Larry C. Olsen a développé la pile au prométhium 117 “Betacel” chez McDonnell Douglas. Malgré son approche innovante, la pile Betacel n’a pas été largement utilisée en raison de sa durée de vie limitée et des inquiétudes liées à l’utilisation de matériaux radioactifs. Ces dernières années, des essais ont toutefois été réalisés, notamment avec du nickel-63.
Bien que le rayonnement bêta des isotopes utilisés puisse être facilement protégé, il existe un risque de fuite de substances radioactives en cas d’endommagement ou d’élimination inappropriée de la pile, et la longue durée de vie de la pile pourrait entraîner une exposition permanente à de faibles doses de rayonnement. Ces risques et l’impact environnemental qui en découle nécessitent des tests et une certification approfondis afin de garantir leur sécurité. C’est pourquoi les piles aux radionucléides restent le plus souvent réservées à l’usage spatial ou militaire.
