Mittwoch Special: Die neue Superbatterie aus China. Aber sie hat einen Haken.

Batterietechnologie: Betavolt bringt Atombatterie

Atombatterien. Da leuchten bei den meisten Menschen alle Warnlampen auf, die es gibt. Radioaktivität, die Gefahr der Verseuchung, Strahlenkrankheit – da ist viel Raum für Hysterie. Und doch. In Science-Fiction-Romanen, vor allem, aus den 40er-Jahren des letzten Jahrhunderts, sind sie der Antrieb für beinahe alles, was sich bewegt. Wenn man mal diese Gefahrenpotenziale beiseite lässt, wäre eine Atombatterie eigentlich eine gute Idee. In der Weltraumfahrt sind die Energielieferanten bereits im Einsatz. Da spielen Abschirmungen u.a. allerdings eine untergeordnete Rolle.

In der Öffentlichkeit geistert die Idee einer solchen Batterie schon seit den 1970er-Jahren herum. Erste Prototypen auf Basis des Isotops Promethium-147 versagten aber. Es gab Probleme bei den Dimensionen, der Lebensdauer und bei der Abschirmung der Strahlung. Auch die Idee, Batterien aus Atommüll zu bauen, wird immer wieder hochgekocht.

Elektroautos, die mit Atombatterien fahren. Science-Fiction. Und doch wäre es theoretisch möglich. Im Kleinen jedoch, für Anwendungen, die Mikrobatterien benötigen,  gibt es tatsächlich Fortschritte. Ein chinesisches Unternehmen hat gerade seine zivile Atombatterie vorgestellt.

Peking Betavolt New Energy Technology Co.

Am 8. Januar 2024 verkündete das chinesische Unternehmen die Entwicklung einer zivilen Atombatterie. Die Module sind noch kleiner als eine Münze, und sollen ohne Wartung 50 Jahre stabil und ohne weitere Aufladung Strom erzeugen. Die anvisierten Einsatzbereiche der „Mikroatombatterien“ sind derzeit beispielsweise Mobiltelefone (die dann nie mehr aufgeladen werden müssten), Drohnen (die unendlich lange fliegen könnten) und Herzschrittmacher. Warum das sogar für letztere geeignet ist, dazu später.

Im Schnittmodell sieht die Batterie recht beeindruckend aus. Tatsächlich sind die Abmessungen äußerst klein …

Technologie

Die Betavolt-Kernbatterien erzeugen Strom durch den Halbleiterübergang von Beta-Partikeln (Elektronen) die von der radioaktiven Quelle Nickel-63 emittiert werden. Dazu entwickelten die Chinesen einen bislang einzigartigen Einkristall-Diamant-Halbleiter mit einer Dicke von nur 10 Mikrometern. Ein 2-Mikron dickes Nickel-63-Blatt wurde zwischen zwei Diamant-Halbleiterwandlern platziert, um die Zerfallsenergie der radioaktiven Quelle in elektrischen Strom umzuwandeln. Die Kernbatterien sind modular, können aus Dutzenden oder Hunderten von unabhängigen Einheitsmodulen bestehen und können in Reihe oder parallel verwendet werden.

… so klein, dass eine Münze dagegen gigantisch wirkt: Das Volumen beträgt 15 x 15 x 5 mm. Die Massenproduktion hat begonnen. Das obige Muster erzeugt 8,64 Joule pro Tag und 3.153 Joule (0,00087583 kWh) pro Jahr.

Hohe Energiedichte

Die Energiedichte der Atomenergiebatterien liegt mehr als 10x so hoch wie bei ternären Lithiumbatterien (NCM). Also in jedem Fall theoretisch mehr als 2.000 – 3.000 Wh/kg auf Packebene. Das würde bedeuten, dass ein Elektrofahrzeug, würde es mit diesen Batterien fahren, mit einem sehr kleinen Akku auskommen würde, der zudem noch 50 Jahre hält. Denn: hier wird eine konstante Leistung abgerufen, die aber durch weitere Hilfsmittel „dosiert“ werden muss. Natürlich ist man vom Einsatz in Elektrofahrzeugen noch weit entfernt. Die Einsatzbereiche der Batterie liegen zwischen 120°C und -60°C. Eine Selbstentladung findet übrigens nicht statt. Die Stromerzeugungsleistung ist dabei in diesem Temperaturkorridor völlig konstant. 

Keine Zyklen und was passiert mit der Umwelt?

Bei dieser Technologie funktioniert das Konzept der „Zyklen“ nicht. Zudem sollen die Batterien umweltfreundlich sein. Da gehen schon wieder die nächsten Warnlampen an. Wie kann das sein? Schließlich reden wir hier von strahlendem Material! Tatsächlich wird die radioaktive Quelle, das Nickel-63-Isotop nach der Zerfallsphase (Halbwertszeit: 100 Jahre)) zu einem stabilen Isotop von Kupfer, das NICHT radioaktiv ist und keine Bedrohung oder Verschmutzung für die Umwelt mehr darstellt. (Nickel-63 hat die Massezahl 63 und die Protonenzahl 28. Kupfer hat ebenfalls die Massezahl 63, aber die Protonenzahl 29).

e-engine meint: Freilich handelt es sich hier noch um Labormuster, die aber schon in Stückzahlen produziert werden. Die Herstellung des künstlich zugänglichem Nickel-63-Isotops setzt eine Neutronenbestrahlung des stabilen (und angereicherten) Isotops Nickel-62 in einem Kernreaktor voraus. Danach wird das Ganze mittels Gaszentrifugation angereichert. Faktisch ist also der Betrieb von AKW und nachgelagerter kerntechnischer Einrichtungen für die Herstellung notwendig. Der Vorteil beim Zerfall der Nickel-63-Isotope ist, dass keine schädliche Gammastrahlung emittiert wird. Die Leistung der Chinesn liegt tatsächlich in der zivilen Nutzung und der Herstellung von fertigen, laut Aussagen des Unternehmens, unschädlichen Zellen. Die Abschirmung der noch auftretenden geringen Strahlung ist bereits durch eine einfache Plastikverpackung gewährleistet. 

Schon die Herstellung einer solchen Batterie wäre in Deutschland heutzutage kaum mehr möglich – neben ideologischen Hindernissen fehlen vor allem die technologischen Voraussetzungen. Zum einen gibt es keine AKW mehr und zum anderen sind Gaszentrifugen auch für die Anreicherung von Uran zu verwenden, womit wir wieder bei der Ideologie wären, denn angereichertes Uran wird beispielsweise für die Herstellung von Atombomben verwendet.

Fotos: istock, Betavolt Tech