Cientistas projetam bateria que funciona com lixo atômico

Estudo descobre que radiação nuclear forte aumenta eficiência de dispositivos.

Por Universidade Estadual de Ohio com informações de Science Daily.

Pesquisadores desenvolveram uma bateria que pode converter energia nuclear em eletricidade por meio da emissão de luz, sugere um novo estudo.

Usinas nucleares, que geram cerca de 20% de toda a eletricidade produzida nos Estados Unidos, produzem quase nenhuma emissão de gases de efeito estufa. No entanto, esses sistemas criam resíduos radioativos, que podem ser perigosos para a saúde humana e o meio ambiente. Descartar esses resíduos com segurança pode ser desafiador.

Usando uma combinação de cristais cintiladores, materiais de alta densidade que emitem luz quando absorvem radiação e células solares, a equipe, liderada por pesquisadores da Universidade Estadual de Ohio, demonstrou que a radiação gama ambiente poderia ser coletada para produzir uma saída elétrica forte o suficiente para alimentar microeletrônicos, como microchips.

Para testar esta bateria, que é um protótipo de cerca de 4 centímetros cúbicos de tamanho, os pesquisadores usaram duas fontes radioativas diferentes, césio-137 e cobalto-60, alguns dos produtos de fissão mais significativos que vêm do combustível nuclear gasto. A bateria foi testada no Laboratório de Reatores Nucleares do Estado de Ohio. O NRL apoia a pesquisa de alunos e professores, a educação de alunos e o serviço à indústria — ele não produz energia elétrica.

Os resultados mostraram que quando o césio-137 foi usado, a bateria gerou 288 nanowatts. No entanto, com o isótopo muito mais forte cobalto-60, a bateria produziu 1,5 microwatts de energia, o suficiente para ligar um pequeno sensor.

Embora a maioria das saídas de energia para residências e eletrônicos seja medida em quilowatts, isso sugere que, com a fonte de energia correta, esses dispositivos podem ser ampliados para atingir aplicações no nível de watts ou além, disse Raymond Cao, principal autor do estudo e professor de engenharia mecânica e aeroespacial na Ohio State.

O estudo foi publicado recentemente na revista Optical Materials: X.

Os pesquisadores disseram que essas baterias seriam usadas perto de onde o lixo nuclear é produzido, como em piscinas de armazenamento de lixo nuclear ou sistemas nucleares para exploração espacial e de águas profundas — elas não são projetadas para uso público. Felizmente, embora a radiação gama utilizada neste trabalho seja cerca de cem vezes mais penetrante do que um raio X ou tomografia computadorizada normal, a bateria em si não incorpora materiais radioativos, o que significa que ainda é segura para tocar.

“Estamos coletando algo considerado lixo e, por natureza, tentando transformá-lo em um tesouro”, disse Cao, que também atua como diretor do Laboratório de Reatores Nucleares da Universidade Estadual de Ohio.

De acordo com o estudo, a bateria da equipe também pode ter experimentado um aumento de potência devido à composição do cristal cintilador protótipo que a equipe optou por usar. Eles descobriram que até mesmo o formato e o tamanho dos cristais podem impactar a saída elétrica final, pois um volume maior permite que ele absorva mais radiação e converta essa energia extra em mais luz. Uma área de superfície maior também ajuda a célula solar a gerar energia.

“Esses são resultados inovadores em termos de produção de energia”, disse Ibrahim Oksuz, coautor do estudo e pesquisador associado em engenharia mecânica e aeroespacial na Ohio State. “Esse processo de duas etapas ainda está em seus estágios preliminares, mas a próxima etapa envolve gerar mais watts com construções em escala.”

Como baterias desse tipo provavelmente acabariam em ambientes onde altos níveis de radiação já existem e não são facilmente acessíveis ao público, esses dispositivos de longa duração não poluiriam seus arredores. Ainda mais significativamente, eles também poderiam operar sem a necessidade de manutenção de rotina.

Aumentar a escala dessa tecnologia seria custoso, a menos que essas baterias pudessem ser fabricadas de forma confiável, disse Cao. Mais pesquisas são necessárias para avaliar a utilidade e as limitações das baterias, incluindo quanto tempo elas podem durar uma vez implementadas com segurança, disse Oksuz.

“O conceito de bateria nuclear é muito promissor”, disse ele. “Ainda há muito espaço para melhorias, mas acredito que, no futuro, essa abordagem conquistará um espaço importante para si mesma tanto na indústria de produção de energia quanto na de sensores.”

Este trabalho foi apoiado pela Administração Nacional de Segurança Nuclear do Departamento de Energia dos EUA e pelo Escritório de Eficiência Energética e Energia Renovável do Departamento de Energia dos EUA. Outros coautores incluem Sabin Neupane e Yanfa Yan da Universidade de Toledo.

Fonte da história:
Materiais fornecidos pela Ohio State University . Original escrito por Tatyana Woodall. Nota: O conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e ao comprimento.

Referência do periódico :
Ibrahim Oksuz, Sabin Neupane, Yanfa Yan, Lei R. Cao. Scintillator based nuclear photovoltaic batteries for power generation at microwatts level. Optical Materials: X, 2025; 25: 100401 DOI: 10.1016/j.omx.2025.100401