مقایسه تکنالوژی¬های ذخیره و تولید انرژی برقی: باتری‌های لیتیم- آیونی، باتری‌های هستوی رادیوایزوتوپی پلوتونیم-۲۳۸ و باتری‌های الماس هستوی NDB

نویسندگان

  • نجیب الله بلوچ استاد پوهنځی تعلیم و تربیه پوهنتون فراه
  • پوهنمل حسیب الله ایازی استاد پوهنځی تعلیم و تربیه پوهنتون فراه https://orcid.org/0009-0000-8602-4676
  • پوهنمل مسلم حلیمی استاد پوهنځی تعلیم و تربیه پوهنتون فراه
  • عبدالغفار مظلومیار استاد پوهنځی تعلیم و تربیه پوهنتون فراه

DOI::

https://doi.org/10.67753/frsj.v3i2.213

کلمات کلیدی:

باتری لیتیم- آیونی؛ باتری هستوی؛ پلوتونیم-238؛ باتری الماسی؛ کاربن-14

چکیده

این تحقیق یک تحلیل (Meta-Analysis) مروری بر سه تکنالوژی متفاوت تولید و ذخیره انرژی برقی است: باتری‌های لیتیم- آیونی به‌عنوان رایج‌ترین تکنالوژی الکتروکیمیاوی قابل چارچ، باتری‌های هستوی رادیوایزوتوپی مبتنی بر 238Pu که در ماموریت‌های فضایی بلندمدت به کار می‌روند، و باتری‌های الماسی هستوی (Nuclear Diamond Batteries) نسل جدید موسوم به NDB که از ایزوتوپ 14C محصور در الماس مصنوعی بهره می‌گیرند. با جمع آوری و تطبیق اطلاعات کمّی از منابع علمی، گزارش‌های فنی سازمان‌های فضایی و اسناد ثبت اختراع، خصوصیات فیزیکی و کیمیاوی این سه تکنالوژی از جمله کثافت انرژی، ولتاژ اسمی، نیمه‌عمر، مکانیزم تبدیل انرژی و سطح ایمنی اشعه‌زایی به‌صورت مقایسه‌ای ارائه شده است. یافته‌ها نشان می‌دهد که هر یک از این تکنالوژی‌ها در محور متفاوتی از عملکرد برتری دارند: باتری‌های لیتیمی در کثافت توان لحظه‌ای و قابلیت چارچ مجدد، باتری‌های پلوتونیمی در پایداری توان میان‌مدت (دهه‌ها) برای ماموریت‌های فضایی، و باتری‌های الماسی (NDB) در طول عمر بی‌سابقه (هزاران سال) با توان خروجی بسیار پایین. نتیجه‌گیری تحقیق این است که این سه تکنالوژی رقیب یک‌دیگر نیستند، بلکه برای دامنه‌های کاربردی کاملاً متمایزی طراحی شده‌اند.

مراجع

Agyekum, E. B. (2025). Beta-voltaic nuclear batteries – review of recent developments, challe nges and future research directions. Journal of Energy Storage. https://doi.org/10.1016/j.est.2025.116701

Artun, O. (2022). A new production route of Gadolinium-148 for use in Radioisotope Thermoelectric Generators. Applied Radiation and Isotopes, 185, 110222. https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2022.110222

Ban, A.-H., Pyo, S.-J., Jin Bae, W., Woo, H.-S., Moon, J., & Kim, D.-W. (2023). Dual-type gel polymer electrolyte for high-voltage lithium metal batteries with excellent cycle life. Chemical Engineering Journal, 475, 146266. https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146266

Barelli, L., Desideri, U., & Ottaviano, A. (2015). Challenges in load balance due to renewable energy sources penetration: The possible role of energy storage technologies relative to the Italian case. Energy, 93, 393–405. https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.09.057

Bauer, C., Baumann, I., Colledani, C., Conway, J., Delpierre, P., Djama, F., Dulinski, W., Fallou, A., Gan, K. K., & Gilmore, R. S. (1995). Radiation hardness studies of CVD diamond detectors. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 367(1–3), 207–211.

Bennett, G. L. (2003). Space Nuclear Power. Encyclopedia of Physical Science and Technology, 537–553. https://doi.org/10.1016/B0-12-227410-5/00715-8

Bullich-Massagué, E., Cifuentes-García, F.-J., Glenny-Crende, I., Cheah-Mañé, M., Aragüés-Peñalba, M., Díaz-González, F., & Gomis-Bellmunt, O. (2020). A review of energy storage technologies for large scale photovoltaic power plants. Applied Energy, 274, 115213. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.115213

Chen, Z., Liu, B., Zhang, W., Dai, B., & Zhu, J. (2025). High open-circuit voltage nuclear batteries enabled by integrated stac ked p-diamond/n-Ga2O3 heterojunction. Journal of Energy Storage. https://doi.org/10.1016/j.est.2025.118454

Eiting, C. J., Krishnamoorthy, V., Rodgers, S., George, T., Robertson, J. D., & Brockman, J. (2006). Demonstration of a radiation resistant, high efficiency SiC betavoltaic. Applied Physics Letters, 88(6). https://doi.org/10.1063/1.2172411

Flicker, H., Loferski, J. J., & Elleman, T. S. (1964a). Construction of a promethium-147 atomic battery. IEEE Transactions on Electron Devices, 11(1), 2–8. https://doi.org/10.1109/T-ED.1964.15271

Flicker, H., Loferski, J. J., & Elleman, T. S. (1964b). Construction of a Promethium-147 Atomic Battery. IEEE Transactions on Electron Devices. https://doi.org/10.1109/T-ED.1964.15271

Gao, B. (2024). Electrification and hydrogenation in integrated building-transportation systems for sustainability. In Advances in Digitalization and Machine Learning for Integrated Building-Transportation Energy Systems (pp. 63–89). Elsevier.

Gargiulo, P., Gaele, M. F., Costantini, A., & Di Palma, T. M. (2026). Batteries for wearable and implantable biomedical devices: a comprehensive review. Biosensors and Bioelectronics: X, 28, 100723. https://doi.org/10.1016/j.biosx.2025.100723

Hadjipaschalis, I., Poullikkas, A., & Efthimiou, V. (2009). Overview of current and future energy storage technologies for electric power applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13(6–7), 1513–1522.

Hariprakash, B., Shukla, A. K., & Venugoplan, S. (2025). Batteries–Battery Types–Nickel Batteries| Nickel-Metal Hydride: Overview.

Karimi, E., Iglauer, S., & Azhar, M. R. (2025). Interface engineering and safety in solid-state batteries: Advancing from human-centered insights to AI-driven innovations. Advances in Colloid and Interface Science, 103686.

Kim, C. H., Naseem, M. B., Lee, J., Kim, H. S., Lee, S., & In, S.-I. (2025). Novel perovskite-based betavoltaic cell: dual additive strategy for enhanced FAPbI 3 α-phase stability and performance. Chemical Communications, 61(32), 5930–5933.

Kotarela, F., Kyritsis, A., & Papanikolaou, N. (2026). Introduction to energy storage technology.

Kowal, D., Mahato, S., Makowski, M., Arramel, A., & Birowosuto, M. D. (2025). Current trends in material research for nuclear batteries: Harnessing metal perovskite halides and other chalcogenides for greater compactne ss and efficiency. Applied Physics Reviews. https://doi.org/10.1063/5.0236524

Liu, C., Sun, J., Zheng, P., Jiang, L., Liu, H., Chai, J., Liu, Q., Liu, Z., Zheng, Y., & Rui, X. (2022). Recent advances of non-lithium metal anode materials for solid-state lithium-ion batteries. Journal of Materials Chemistry A, 10(32), 16761–16778. https://doi.org/10.1039/D2TA03905B

Mauger, A., & Julien, C. M. (2017). Critical review on lithium-ion batteries: are they safe? Sustainable? Ionics. https://doi.org/10.1007/s11581-017-2177-8

Meseguer, J., Pérez-Grande, I., & Sanz-Andrés, A. (2012). Spacecraft thermal control. Elsevier.

Pomorski, M., Berdermann, E., Ciobanu, M., Martemyianov, A., Moritz, P., Rebisz, M., & Marczewska, B. (2005). Characterisation of single crystal CVD diamond particle detectors for hadron physics experiments. Physica Status Solidi (a), 202(11), 2199–2205. https://doi.org/10.1002/pssa.200561929

Ritz, F., & Peterson, C. E. (2004). Multi-mission radioisotope thermoelectric generator (MMRTG) program overview. 2004 IEEE Aerospace Conference Proceedings (IEEE Cat. No. 04TH8720), 5, 2950–2957.

Shahzad, K., & Iqbal Cheema, I. (2024). Low-carbon technologies in automotive industry and decarbonizing transport. Journal of Power Sources, 591, 233888. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2023.233888

Shokri, A., Amirmazlaghani, M., Fathi, H., & Farahani, N. D. (2025). Betavoltaic cells based on Si/wide-bandgap material heterojunctions: A hybrid MCNP-TCAD approach for radioisotope devices. Nuclear Engineering and Technology, 103825.

Symeonidou, M. M., Zioga, C., & Papadopoulos, A. M. (2021). Life cycle cost optimization analysis of battery storage system for residential photovoltaic panels. Journal of Cleaner Production, 309, 127234. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.127234

Terranova, M. L. (2022). Nuclear batteries: Current context and near-term expectations. International Journal of Energy Research. https://doi.org/10.1002/er.8539

Wang, J., & Sheng, Z. (2026). Diluent-regulated structural design and interfacial stabilization mechanisms of locally high-concentration electrolytes for lithium metal batteries. Sustainable Materials and Technologies, 49, e02144. https://doi.org/10.1016/j.susmat.2026.e02144

Zhang, W., Fang, Z., Yang, T., Han, Z., Cao, M., Zhang, C., Li, J., Liao, X., & Zhao, Y. (2026). Unlocking solvation configuration in non-flammable fluorinated electrolytes enables aggressive high-voltage chemistries in lithium-metal batteries. Electrochimica Acta, 574, 149371. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2026.149371

Zhu, W. H., Zhu, Y., & Tatarchuk, B. J. (2011). A simplified equivalent circuit model for simulation of Pb–acid batteries at load for energy storage application. Energy Conversion and Management, 52(8–9), 2794–2799. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2011.02.013

##submission.downloads##

چاپ شده

2026-10-04