Neue Radionuklidbatterie entwickelt Nie mehr das Handy laden? Atomenergiebatterie soll helfen

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Die Ankündigung einer jüngst entwickelten 3-Volt-Batterie mit kleinsten Abmessungen hat dem chinesischen Unternehmen Betavolt Technology einiges an Aufmerksamkeit eingebracht, denn es handelt sich dabei um eine Mini-Atomenergiebatterie. Diese wurde für den zivilen Gebrauch entworfen und soll bald in die Massenproduktion gehen.

Die größte Angst eines Elektrofahrzeugfahrenden ist, wenn man Industrie und Studien Glauben schenken mag, die Reichweitenangst. Das ist die Angst davor, mit leer gelutschter Batterie an einem unbekannten Ort, mitten in der Pampa stehenzubleiben; fernab von Lademöglichkeiten oder dem angepeilten Ziel.

Die größte Angst eines Menschen, der spätestens seit dem Start der Smartphone-Ära das Potenzial von mobilen PCs kennt und schätzt, ist womöglich die Akkuleerangst. Unterwegs geht der Bildschirm aus, nichts tut sich mehr, oh weh. Inzwischen ist unser halbes Leben auf diesem Ding gespeichert. Kontakte, digitale Tickets für Nah- und Fernreisen … uns wird doch eingebläut, dass wir nichts mehr ausdrucken sollen, denn das schone die Umwelt und wir haben das ja alles auf dem Handy. Wenn das Handy dann nicht will, weil wir im Wartebereich des Flughafens „nur noch dieses eine Video“ sehen wollten und der Akku leer ist, was dann? Im besten Fall gibt es gleich eine Gelegenheit, die Gerätebatterie zu laden. Im schlimmsten Fall kommen wir nicht ins Flugzeug, weil unser Boardingpass ja nicht angezeigt werden kann. Sie verstehen schon, was wir meinen.

Wie schön wäre dann eine Welt, in der wir unseren potenten Hosentaschencomputer mit 48-Megapixel-Kamera und 6-Core-GPU niemals nicht mehr laden müssten, weil die Batterie ewig hält? Nie mehr auf der Suche nach einer Steckdose sein, nie mehr den Ladekabelsalat entwirren. So etwas in der Art verspricht die Radionuklid-Innovation von Betavolt Technology. Anfang Januar 2024 sprach der chinesische Batteriehersteller von der geplanten Massenproduktion einer Atomenergiebatterie für den zivilen Gebrauch. Die Lebensdauer dieser Batterie: 50 Jahre. Reichweitenangst ade.

Kleines Ding, große Leistung

Die 3-Volt-Radionuklidbatterie BV100 von Betavolt, von der man im westlichen Raum noch nicht viel mehr außer Grafiken gesehen hat, bietet laut Herstellern eine Leistung von 100 Mikrowatt. Das Gehäuse hat die Maße 15 mm × 15 mm × 5 mm, und ist damit ziemlich kompakt. Die Energie liefert die Batterie über den radioaktiven Zerfall des Nuklids Nickel-63 mit einer Halbwertzeit von knapp mehr als 100 Jahren.

Die Betavolt-Atomenergiebatterie erzeugt einen elektrischen Strom durch einen Halbleiterübergang von pn-Teilchen, die von der radioaktiven Quelle Nickel-63 emittiert werden. Bei Betavolt wurde zudem ein einkristalliner Diamant-Halbleiter mit einer Dicke von 10 Mikrometern entwickelt, und eine 2 Mikrometer dicke Nickel-63-Lamelle zwischen zwei Diamant-Halbleiterwandlern platziert, die dann die Elektronen der β-Strahlung in elektrischen Strom umwandeln. Das erinnert vom Vorgang her an die Fotovoltaik und wird daher Betavoltaik genannt. Die Atomenergiebatterien sind laut den Angaben der Hersteller modular aufgebaut, können aus Dutzenden oder Hunderten unabhängigen Einheiten bestehen und seriell und parallel verwendet werden, sodass Batterieprodukte verschiedener Größen und Leistungskapazitäten hergestellt werden können.

Betavolts Ziel ist nicht viel weniger als die Kommerzialisierung der Atomenergie: „Diese Batterie ermöglicht Miniaturisierung, Modularisierung und geringe Kosten und wurde für den zivilen Gebrauch eingeführt, wodurch China in den Bereichen Atomenergiebatterien und Diamant-Halbleitern disruptive Innovationen vorantreibt und führend ist“, wird mitgeteilt. Man sieht sich mit der BV100 im Vergleich mit europäischen und US-amerikanischen Forschungsinstituten und Unternehmen klar im Vorteil.

Gibt es Schattenseiten?

Die Verantwortlichen von Betavolt sehen die Einsatzgebiete der Atomenergiebatterie unter anderem in der Raumfahrt, für KI-Geräte, medizinische Anwendungen, MEMS-Systeme, Sensoren, kleine Drohnen und Mikroroboter. Das Unternehmen plant laut eigener Aussage, im Jahr 2025 eine Batterie mit 1 Watt Leistung auf den Markt zu bringen. Wenn die Politik es erlaubt, kann die Betavol-Technologie dazu führen, dass ein Mobiltelefon nie mehr aufgeladen werden muss.

Und da ist schon der Knackpunkt. Denn so schön es klingt, das Telefon nie laden zu müssen … heutzutage erreichen die wenigsten Smartphones beim Erstbesitzer ein Alter von fünf Jahren. Wird das Gerät dann nicht refurbished und wieder verkauft, landet es in der Schublade. Da liegt dann, in der Vorstellung der Leute von Betavolt, eine Atomenergiebatterie in der Schublade. Kann das okay sein?

Sicherheit von Nickel-63

Die Ingenieure von Betavolt versprechen Sicherheit. Die BV100 würde nicht entflammen, könne nicht durchbohrt werden und bliebe bei Schüssen intakt, ohne zu explodieren oder zu reagieren. Die Stromerzeugung der Atomenergiebatterie sei stabil und ändere sich nicht aufgrund von widrigen Umgebungen und Belastungen. Sie könne normalerweise im Bereich von minus 120 Grad bis minus 60 Grad Celsius arbeiten, und es gäbe keine Selbstentladung. Und die Atomenergiebatterie, so das Versprechen, sei umweltfreundlicher als chemische Batterien, denn „nach der Zerfallsperiode wird das Nickel-63-Isotop als radioaktive Quelle zu einem stabilen Isotop von Kupfer, das nicht radioaktiv ist und keine Bedrohung oder Verschmutzung für die Umwelt darstellt“.

Nickel-63 emittiert beim Zerfall Betastrahlung und nicht die wesentlich schädlichere Gammastrahlung. Niedrig energetische Betastrahlung lässt sich einfacher abschirmen, etwa mit Materialien wie Kunststoffen oder gar Holz, höher energetische Strahlung unter anderem mit Aluminium. Dennoch besteht bei Beschädigungen oder unsachgemäßer Entsorgung der Batterie das Risiko, dass radioaktive Substanzen austreten. Nebenbei erwähnt wollen die Leute von Betavolt noch weitere Batterien entwerfen, um die Forschung zur Verwendung von Isotopen wie Strontium-90, Promethium-147 und Deuterium fortzusetzen, und um eine höhere Leistung und eine Lebensdauer von zwei bis 30 Jahren für atomare Batterien zu entwickeln.

Nickel-63-Batterien sind nichts Neues

Nickel-63-Batterien wurden erstmals in den 1950er-Jahren eingeführt und finden bis heute Anwendung in der Raumfahrt für Satelliten und Raumsonden, wo sie eine zuverlässige Energiequelle bereitstellen. Sie wurden auch in medizinischen Geräten wie Herzschrittmachern sowie in einigen industriellen Anwendungen eingesetzt. Allerdings ist ihre Verwendung aufgrund der Sicherheitsbedenken aufgrund ihrer radioaktiven Natur und der Entwicklung sicherer Batterietechnologien im Laufe der Zeit zurückgegangen.

Das deutet auch Dr. Helge Kröger vom Bundesamt für Strahlenschutz im Interview mit den Mitarbeitenden von Heise an. Aktuell gäbe es in Deutschland abgesehen vielleicht von sehr speziellen Aufgaben für die Raumfahrt keine Anwendungen, für die Radionuklidbatterien eingesetzt werden. Und Kröger glaubt nicht, dass ein Zulassungsersuchen für die BV100 von Betavolt in Deutschland sonderlich viele Früchte tragen würde, weil die enthaltene Menge Nickel-63 weit über der Freigrenze läge. Spannende Einblicke und Einordnungen zum Thema Radionuklidbatterien können Sie aus dem lesenswerten Interview zwischen Heise und Dr. Kröger erfahren. (sb)

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