Японський національний інститут ядерних досліджень розробив першу в світі уранову акумуляторну батарею (uranium rechargeable battery), точніше кажучи, “уранову окисно-відновну батарею (URF)”, яка може допомогти утилізувати величезні запаси радіоактивного матеріалу від виробництва ядерного палива.

Дослідницька група Японського агентства з атомної енергії (JAEA) підтвердила продуктивність батареї, використовуючи уран як “активний матеріал” для виробництва електроенергії за допомогою хімічних реакцій. Розроблена батарея використовує збіднений уран, отриманий у процесі збагачення. Хоча ядерне паливо містить більший відсоток U-235, ніж природний уран, збіднений уран містить значно менше. Його не можна використовувати як паливо LWR, тому його також називають незгораючим ураном. Використовуваний уран хімічно подібний до збідненого урану, побічного продукту збагачення ядерного палива, який не можна використовувати в звичайних реакторах.

Інститут вважає, що ця технологія може додати нову цінність збідненому урану та зберігати надлишки відновлюваної енергії. Прототип батареї шириною 10 см і висотою 5 см складається з урану для негативного електрода та заліза для позитивного з напругою 1,3 В. Його заряджали та розряджали 10 разів з мінімальною зміною продуктивності, що свідчить про його стабільність. Якщо масштабувати, то уранові акумуляторні батареї можуть допомогти утилізувати 16 000 тонн збідненого урану в Японії та 1,6 мільйона тонн у всьому світі.

Про це йдеться у пресрелізі на офіційному сайті відомства:

13 березня 2025 р

Перша збірка акумуляторної батареї на основі урану
– Максимізація синергії з відновлюваними джерелами енергії
шляхом перетворення збідненого урану в ресурси –

Ключові моменти:

• Уран має унікальні хімічні властивості і вже давно визнаний кандидатом на використання активних матеріалів у хімічних батареях.
• У цьому дослідженні ми розробили першу “уранову акумуляторну батарею”, яка використовує хімічні властивості урану для практичного використання, і перевірили її ефективність під час заряджання та розряджання.
• Очікується, що ці результати забезпечать нову ресурсну цінність “збідненого урану”, який утворюється при виробництві ядерного палива та не використовується в найближчому майбутньому. Акумуляторна батарея на основі урану має потенціал бути регулятором потужності для генерації відновлюваної енергії, наприклад, мега-сонячні електростанції, сприяючи реалізації декарбонізації суспільства.

Огляд:

• Уран вважається перспективним активним матеріалом для акумуляторних батарей завдяки своїм унікальним хімічним властивостям. У цьому дослідженні ми успішно розробили акумуляторну батарею з використанням урану як активного матеріалу. Тут ми спочатку перевірили характеристики заряду та розряду батареї на основі урану. Зараз ми розробляємо проточні осередки, включаючи електроди для більшої ємності (редокс-потокова батарея) і систему для циркуляції електролітів (активні матеріали, що розчиняють розчин), щоб просувати ці результати для практичного використання.
• Під час виробництва ядерного палива “збіднений уран (DU)” утворюється як побічний продукт. Оскільки DU не можна використовувати як паливо в сучасних ядерних реакторах (реактори на легкій воді), приблизно 16 000 тонн DU зберігається в Японії. Для використання ОУ як нового ресурсу на початку 2000-х років була запропонована концепція акумуляторних батарей з використанням урану як активного матеріалу. Однак жодні дослідження не повідомляли про конкретну продуктивність зібраних уранових акумуляторних батарей.
• Тим часом потреба в акумуляторних батареях зростає в останні роки зі збільшенням впровадження відновлюваних джерел енергії. Виробництво електроенергії від сонця, вітру та інших джерел залежить від погодних умов і має нестабільність коливань виробництва електроенергії. Щоб стабілізувати джерело живлення в цій ситуації, необхідне керування вихідним сигналом за допомогою накопичувачів енергії, таких як акумуляторні батареї, і розробка нових технологій зберігання енергії привертає увагу.
• Виходячи з цього, дослідницька група розробила акумуляторну батарею з використанням урану як активного матеріалу (уранова акумуляторна батарея) і вперше уточнила її характеристики заряджання-розряджання. Уранова акумуляторна батарея використовує уран як активний матеріал негативного електрода та залізо як позитивний. Одноелементна напруга прототипу уранової акумуляторної батареї становила 1,3 вольта, що близько до рівня звичайної лужної батареї (1,5 вольта). Акумулятор заряджався та розряджався 10 разів, а продуктивність акумулятора майже не змінювалася, що вказує на відносно стабільні циклічні характеристики.
• Якщо уранові акумуляторні батареї збільшать ємність і нададуть практичне застосування, велика кількість ОУ, що зберігається в Японії, стане новим ресурсом для контролю виходу в мережу постачання електроенергії, отриманої з відновлюваних джерел енергії, тим самим сприяючи реалізації декарбонізації суспільства.
• Це дослідження було проведено помічником головного наукового співробітника д-ром Кадзукі Оучі, дослідником д-ром Кацухіро Уено та старшим головним науковим співробітником д-ром Масаюкі Ватанабе зі спеціальної групи накопичення енергії акумуляторів Центру розробки NXR Дослідницького інституту ядерної науки Японського агентства з атомної енергії (JAEA; президент: Масанорі Когучі). На основі цієї роботи 29 листопада 2024 року було подано патентну заявку (№ JP2024-209096).

В JAEA наголосили, що через зростання популярності сонячних панелей і вітряних турбін, потреба в батареях, що перезаряджаються, останніми роками сильно зросла, оскільки ці джерела залежать від нестабільних погодних умов. Перезаряджаєма батарея на основі урану має потенціал стати регулятором потужності для таких об’єктів.

Джерело: Japan Atomic Energy Agency