Es gibt viele Gründe für diese Situation.

1. Die erzeugte Leistung ist nicht einstellbar . Die Batterie erzeugt Strom mit nahezu konstanter Rate (die mit der Zeit langsam abfällt). Sie kann nicht erhöht werden und wenn sie nicht verbraucht (oder gespeichert) wird, geht die Energie verloren.

2. (Erwähnt von DumpsterDoofus) geringe Leistungsdichte .${}^{63}\text{Ni}$erzeugt zum Beispiel ~ 5 W / kg (und kg ist hier nur die Masse an radioaktivem Material, die tatsächliche Batterie wäre mindestens eine Größenordnung schwerer). Natürlich gibt es Isotope mit viel höheren Leistungsdichten, aber sie stoßen auf andere Probleme.

3. Halbleiterschaden . Wenn wir versuchen, die Leistung durch die Verwendung von Isotopen mit höheren Zerfallsenergien zu erhöhen, stellen wir fest, dass die hochenergetischen Elektronen Halbleiter beschädigen und die Lebensdauer von Batterien auf Zeiten verkürzen, die viel kürzer sind als die Isotopenhalbwertszeit. Vor allem Alphateilchen beschädigen die pn-Übergänge, obwohl (zum Beispiel)${}^{238}\text{Pu}$0,55 W/g Alphastrahlung erzeugt, wird es hauptsächlich in thermoelektrischen Schemata und nicht in direkten Energiewandlern verwendet.

4. Gammastrahlung . Viele Isotope haben eine Gammaemission als sekundären Zerfallsmodus. Da diese Art von Strahlung nur schwer abzuschirmen ist, bedeutet dies, dass die Auswahl der für Batterien verwendbaren Isotope nur auf reine Betastrahler beschränkt ist .

5. Bremsstrahlung . Das Bremsen von Elektronen erzeugt diese Art von Strahlung, die abgeschirmt werden musste. Auch dies beschränkt unsere Auswahl an Isotopen auf solche mit relativ niedrigen Zerfallsenergien.

6. Geringes Produktionsvolumen / Wirtschaftlichkeit . Viele Isotope kosten zu viel, um in einer Vielzahl von Anwendungen praktikabel zu sein. Dies erklärt sich teilweise durch das geringe Produktionsvolumen und teilweise durch den Produktionsprozess, der bei allen Mengen kostspielig sein wird, da er eine energieaufwändige Isotopentrennung und spezielle Einrichtungen zum Arbeiten mit radioaktiven Materialien erfordert. Zum Beispiel kostet Tritium (eines der Materialien für die Betavoltaik) etwa 30.000 Dollar pro Gramm und seine jährliche Weltproduktion beträgt 400 g ( aus Wikipedia ).

All dies bedeutet, dass Kernbatterien auf eine Auswahl von Nischenanwendungen beschränkt sind, typischerweise solche mit Anforderungen an geringe Leistung / lange autonome Lebensdauer. Das soll nicht heißen, dass es keine Innovationen geben kann, die ihren Nutzen erweitern oder Kosten senken.

[1] Tsvetkov, LA, et al. "Möglicher Weg zur industriellen Produktion von Nickel-63 und die Aussichten seiner Verwendung." (2005). online Version

Aktualisieren . Ihre aktualisierten Berechnungen zur Ausgangsleistung von${}^{63}\text{Ni}$ist im Wesentlichen richtig mit einem entscheidenden Unterschied: 67 keV ist die Gesamtzerfallsenergie und ungefähr die maximale Energie des Elektrons. Da der Zerfall jedoch auch Neutrinos erzeugt, ist die mittlere Energie des Elektrons viel kleiner: 17 keV (siehe diese NUDAT-Referenz oder dieses Java-Applet für das Elektronenspektrum). Also die nutzbare Leistung von 1 Mol${}^{63}\text{Ni}$ist:

Übrigens kommen wir zu einem weiteren Grund (wenn auch nicht streng genommen physikalisch bedingt):

• Sicherheit / Vorschriften / Wahrnehmung : 63 Gramm${}^{63}\text{Ni}$mehr als 3500 Curie Radioaktivität ausmachen, was definitiv Vorschriften für den Umgang erfordern würde und wahrscheinlich nicht innerhalb einer einzelnen Einheit für uneingeschränkte zivile Nutzung zugelassen wäre. Wir wissen, dass Betavoltaik bei richtiger Anwendung sicher ist. Aber was ist mit unsachgemäßer Verwendung / unsachgemäßer Entsorgung / Missbrauchspotential? Auf jeden Fall ist die derzeitige Wahrnehmung der Kernenergie durch die breite Öffentlichkeit nicht so gut, so dass die Vermarktung von Kernbatterien eine gewisse Herausforderung darstellen wird.

Wäre vielleicht jetzt möglich und praktikabel?

http://www.nature.com/srep/2014/140611/srep05249/full/srep05249.html

Plasmon-unterstützte radiolytische Energieumwandlung in wässrigen Lösungen Baek Hyun Kim, Jae W. Kwon Nature Scientific Reports Vol.: 4, Artikelnummer: 5249 DOI: 10.1038/srep05249

http://munews.missouri.edu/news-releases/2014/0916-first-water-based-nuclear-battery-developed-by-mu-researcher-can-be-used-to-generate-electrical-energy/

„Wasser fungiert als Puffer und die im Gerät erzeugten Oberflächenplasmonen haben sich als sehr nützlich erwiesen, um seine Effizienz zu steigern“, sagte Kwon. „Die ionische Lösung lässt sich bei sehr niedrigen Temperaturen nicht leicht einfrieren und könnte in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, einschließlich Autobatterien und, wenn sie richtig verpackt sind, vielleicht in Raumfahrzeugen.“

Es gibt viele Gründe, warum sie nicht verwendet werden, die Gründe oder meine Erklärungen können nicht gut/nützlich sein oder nicht.

In keiner bestimmten Reihenfolge

Alpha Voltaics sind wahrscheinlich die besten, wobei Pu238 oder Am241 wahrscheinliche Kandidaten sind, aber Cm-243.244 sind auch Optionen.

Sie sind Batterien in fast jeder Hinsicht überlegen, aber die Kosten beschränken sie auf Mikroleistungsgeräte. Verwendungszwecke sind * Bei der biologischen Überwachung verwendet, könnten sie an Fischen befestigt werden, um zu sehen, wohin sie gehen, und um Fischbestände oder andere Tierbestände besser zu verwalten. * sie könnten in Spionagegeräten verwendet werden, um Mini-Stromquellen zum Schnüffeln bereitzustellen * dies könnte zu einem Wettrüsten für Spionage-Gizmos führen, also ist das nicht so gut * ihr Preis bedeutet, dass sie in kleinem Maßstab für Spezialzwecke hergestellt würden (1000 g) . * Batterien werden immer noch mit ihnen in Mini-betriebenen Geräten konkurrieren * Kontaminationsgefahren, erfordert viele Jahre Warten auf die Halbwertszeit, um die Radioaktivität oder die Abfallentsorgung zu reduzieren. * Politik, Kosten, Strahlengefahren, öffentliche Besorgnis/Missverständnisse machen ihre Akzeptanz unwahrscheinlich. es wäre cool, sie an Vögeln/Fischen zu befestigen und aufzuzeichnen, wohin sie gehen, um unsere Ressourcen besser zu verwalten. Die Alternative besteht darin, nur die Fänge zu überwachen und nicht auf Ressourcen zu hämmern. Viele größere Energiequellen könnten auf Roboter gesetzt werden, um in Unterwasserhöhlen zu gehen, den Meeresboden zu kartieren, es gibt jedoch Alternativen ...

Sie werden nicht in iPods und Laptops verwendet, weil sie in ihnen nicht verwendet werden können. Eine einfache Google-Suche nach "betavoltaische Leistungsdichte" liefert die Antwort auf alle drei Ihrer Fragen, die der Einfachheit halber unten zitiert werden:

http://www.widetronix.com/products