Des scientifiques conçoivent une nouvelle batterie fonctionnant avec des déchets atomiques

Selon une nouvelle étude, des chercheurs ont mis au point une batterie capable de convertir l’énergie nucléaire en électricité par émission de lumière.

Les centrales nucléaires, qui génèrent environ 20 % de toute l’électricité produite aux États-Unis, ne produisent pratiquement pas d’émissions de gaz à effet de serre. Toutefois, elles produisent des déchets radioactifs qui peuvent être dangereux pour la santé humaine et l’environnement. L’élimination de ces déchets en toute sécurité peut s’avérer difficile.

En combinant des cristaux scintillateurs, des matériaux de haute densité qui émettent de la lumière lorsqu’ils absorbent des radiations, et des cellules solaires, l’équipe, dirigée par des chercheurs de l’université de l’État de l’Ohio, a démontré que les radiations gamma ambiantes pouvaient être exploitées pour produire un courant électrique suffisamment puissant pour alimenter la microélectronique, comme les micropuces.

Pour tester cette batterie, qui est un prototype d’environ 4 centimètres cubes, les chercheurs ont utilisé deux sources radioactives différentes, le césium 137 et le cobalt 60, certains des produits de fission les plus importants provenant du combustible nucléaire usé. La batterie a été testée au laboratoire du réacteur nucléaire de l’État de l’Ohio. Le NRL soutient la recherche des étudiants et des professeurs, la formation des étudiants et les services à l’industrie – il ne produit pas d’énergie électrique.

Les résultats ont montré que lorsque le césium 137 était utilisé, la batterie générait 288 nanowatts. En revanche, avec l’isotope cobalt-60, beaucoup plus puissant, la batterie produisait 1,5 microwatt d’énergie, ce qui est à peu près suffisant pour allumer un minuscule capteur.

Bien que la plupart des puissances de sortie pour les maisons et l’électronique soient mesurées en kilowatts, cela suggère qu’avec la bonne source d’énergie, ces dispositifs pourraient être mis à l’échelle pour cibler des applications au niveau des watts ou au-delà, a déclaré Raymond Cao, auteur principal de l’étude et professeur de génie mécanique et aérospatial à l’État de l’Ohio.

Les chercheurs ont indiqué que ces batteries seraient utilisées à proximité du lieu de production des déchets nucléaires, par exemple dans les piscines de stockage des déchets nucléaires ou dans les systèmes nucléaires destinés à l’exploration de l’espace et des grands fonds marins – elles ne sont pas conçues pour un usage public. Heureusement, bien que le rayonnement gamma utilisé dans ce travail soit environ cent fois plus pénétrant qu’une radiographie normale ou un scanner, la batterie elle-même ne contient pas de matériaux radioactifs, ce qui signifie qu’elle ne présente aucun danger au toucher.

« Nous récoltons quelque chose qui est considéré comme un déchet par la nature et nous essayons de le transformer en trésor », a déclaré M. Cao, qui est également directeur du laboratoire de réacteurs nucléaires de l’État de l’Ohio.

Selon l’étude, la batterie peut également avoir connu une augmentation de puissance en raison de la composition du prototype de cristal scintillant que l’équipe a choisi d’utiliser. Ils ont constaté que même la forme et la taille des cristaux peuvent avoir un impact sur la production électrique finale, car un volume plus important permet d’absorber plus de rayonnement et de convertir cette énergie supplémentaire en plus de lumière. Une plus grande surface permet également à la cellule solaire de produire de l’énergie.

« Il s’agit de résultats révolutionnaires en termes de production d’énergie », a déclaré Ibrahim Oksuz, coauteur de l’étude et associé de recherche en ingénierie mécanique et aérospatiale à l’université d’État de l’Ohio. « Ce processus en deux étapes n’en est encore qu’au stade préliminaire, mais la prochaine étape consistera à générer des watts plus importants grâce à des constructions à plus grande échelle. »

Étant donné que les batteries de ce type se retrouveraient très probablement dans des environnements où des niveaux élevés de radiation existent déjà et ne sont pas facilement accessibles au public, ces dispositifs à longue durée de vie ne pollueraient pas leur environnement. Plus important encore, ils pourraient également fonctionner sans nécessiter d’entretien de routine.

« L’extension de cette technologie serait coûteuse si ces batteries ne pouvaient pas être fabriquées de manière fiable, » a ajouté M. Cao.

« D’autres recherches sont nécessaires pour évaluer l’utilité et les limites des batteries, y compris leur durée de vie une fois qu’elles auront été mises en œuvre en toute sécurité, » a précisé M. Oksuz.

« Le concept de batterie nucléaire est très prometteur », a-t-il conclu . « Il y a encore beaucoup d’améliorations à apporter, mais je pense qu’à l’avenir, cette approche se taillera une place importante dans l’industrie de la production d’énergie et des capteurs.»

Légende illustration : Les batteries nucléaires constituent une option viable pour alimenter l’électronique dans des lieux où existent déjà des champs de rayonnement élevés.

Article: « Scintillator based nuclear photovoltaic batteries for power generation at microwatts level » – DOI: 10.1016/j.omx.2025.100401

Traduction : Enerzine.com