核電池研究取得進展，不充電也能用2.8萬年?充電會成為歷史嗎?

在你還苦惱手機電池電量不足，需要隨身攜帶充電寶時，有沒有猜到過，世界上已經有一款不充電可用2。8萬年的電池準備誕生了了呢？

手機電量不足常常使人們十分困擾

早在2020年8月，

美國加州的新能源初創公司NDB就宣佈，核動力電池的研究和除錯取得了新的進展，電池的最常使用壽命達到了萬年級別。

美國新能源公司NDB的核動力電池

今天，我們就來了解一下關於該核電池研究方面的相關情況，看看這種進展是否意味著充電將成為歷史呢。

核動力電池的新進展

隨著傳統化石能源的地位不斷降低，

電化學儲能

成為了人們生活中非常重要的一種形式，尤其是在“電車”的發展之下，新型的電池就成為了人們關注的焦點。在一眾新型電池當中，

核動力電池因為能量密度高、工作穩定可靠等優點，成為了人們研究的重點。

核動力電池，也叫放射性同位素電池。它並非如核電廠一般，利用核裂變原理“發電”，它的本質其實是利用其中

放射性同位素衰變時產生的能量，再將其轉化為電能

。

核動力電池與放射性同位素衰變

在知曉了核電池的原理之後，我們再來看看這家公司在核電池研究方面，取得了怎樣的進展。原來，早在2016年時，這個公司就推出了“金剛石版本的電池”，此後便一直以此為基礎進行研究。

到了2021年，他們便向外界正式宣佈，在以核廢料提取物為基礎的情況下，製造出了一種名為

奈米金剛石電池

的全新電池。

NDB推出的奈米金剛石電池

根據NDB的介紹，

這款電池可以收集40%左右的電荷，在不需要充電的情境下，持續使用時間能達到2.8萬年。

這一訊息一經公佈，立馬就在“新型電池研製領域”掀起了軒然大波，畢竟使用壽命如此之長的電池，若是真的投入使用並實現量產，對於其他的電池來說，無疑是降維式打擊。

新款核動力電池將對其他電池造成打擊

那麼，這個所謂的奈米金剛石電池到底是什麼呢？

奈米金剛石本身指的是

粒徑在1到100奈米的金剛石晶粒

，之所以使用這種級別的金剛石，主要是看中了它的

奈米微粒效能

。

根據資料來看，奈米金剛石有四大效應，分別是

小尺寸效應、量子隧道效應、表面效應和量子尺寸效應

，有這些獨特的效應在加上金剛石本身“很硬”的外部效能，就能讓其將試圖外溢的“射線”牢牢的鎖在裡面。

奈米金剛石電池的基本結構

而從作為該電池製造基礎的

核廢料物質

成分來看，它其中有大量的

碳-14放射性同位素

，在這種情況下，科學家只需要對其進行提取，然後再經過特殊的處理，就能讓其變為核動力電池且正常發電了。

電池裡的放射性元素從核廢料中提取

那麼，該公司宣佈的這項令人震驚的進展，真的可以讓我們從此邁入“不充電”時代嗎？

充電真的會成為歷史嗎?

其實若是單以2。8萬年的電池壽命來說，它還真的有機會開啟“不充電”時代，畢竟這一年限，從祖宗十八代開始使用都綽綽有餘了。可事實上，這個新款奈米金剛石電池的使用壽命並沒有說得那麼誇張。

因為這一電池的本質是利用了電子放射性衰變之後產生的熱能，從理論上來說，

一級反應的碳-14半衰期大約為5730年

，而此時再結合放射性反應和衰變公式，持續使用2。8萬年確實不是“夢”。

半衰期計算公式

問題是這期間它的

電流是不穩定的

，更不如大家想的那樣高，微電流出現的頻率非常高，而這些微電流是無法解決我們的需求的。因此，

“不充電可使用2.8萬年”在理論上確實能滿足，可於現實中，卻不具備太大的可操作性。

該電池的電流並不穩定

目前核動力電池取得的進展，還不足以直接讓充電成為歷史，只有等到其再被改造升級之後，才能徹底地終結如今的“充電時代”。

但不管怎麼說，這種進步對於核電池的發展都是有著積極作用的，而目前，在核電池研究方面，還存在著以下這些科學問題。

核電池研究中的科學問題

截至目前，核電池已經經歷了一個多世紀的發展，人們在這一過程當中，將其不斷完善，並且嘗試運用在

航空航天領域

當中。

核電池的漫長髮展歷程

比如早在1956年時，美國就制定了

核動力輔助計劃

，簡稱SNAP，並且在1961年時就成功發射了

載有放射性同位素溫差發電器的導航衛星

。

再看我國，科學家在2006年時將

百毫瓦級鈽-238同位素電池

成功研製了出來，並將其運用在了

嫦娥三號和嫦娥四號

的探測器當中。

嫦娥三號和嫦娥四號都搭載了核電池

可以說，在各國都聚焦於航天發展的時代背景下，核電池的研究一直未曾止步。而在這個過程當中，大家也發現了許多等待解決的問題。

航天發展迫切需要核電池

第一個就是

放射性同位素的選擇

。比如上文中所說的奈米金剛石電池，其利用的放射性同位素是半衰期為5000多年的碳-14。而在核電池的研發當中，除了要考慮半衰期以外，還要關注

比功率、設限種類、最大能量以及放射性核素生產方式

的問題。

半衰期可達5000多年的碳-14

以放射性核素生產方式為例，這一點決定了

所用放射源的成本

。如果直接能從核廢料中進行簡單的提取，那自然是最好不過了。當然，提純的過程中，也要考慮到放射性核素

毒性

的基本情況，若是毒性過強，肯定是不宜拿來作為民用電池的。

資料顯示熱轉換式核電池常用的210Po(半衰期138.4天)和238Pu放射源具有極強的毒性，因此並不適合民用，而純b源的毒性相對較弱，更有可能在民用領域應用，但90Sr源為高毒組，具有親骨性，使用時應予以注意。

第二點就是

放射源能量損失途徑和自吸收的問題

，想讓核電池持續不斷地發電，我們首先得確保它在發電的過程中不會產生太多不必要的能耗。

核電池的能量轉化效率示意圖

最後一點則是

對核電池的結構進行最佳化

，一般的核電池外層是由

合金

製成的保護層，次外層則是防止射線洩露的

輻射遮蔽層

，最裡面才具有放射性同位素。可是，這種層層包裹的結構，雖然能保證其安全，卻

很難進一步提升電池密度

。

因此，當NDB公司表示自己研製的奈米級金剛石電池已經進入

驗證階段

之後，才會讓各大媒體爭相報道。畢竟以現在的情況來看，他們的新款電池確實兼備了

密度和安全性

，若是後續的測驗沒有問題，那麼將會在電池界引發全新的革命。

而當核動力電池的發展越來越成熟之後，我們的航天器就能依靠它飛得更遠了。關於這一點，美國在1977年發射的旅行者一號就是最好的見證者，因為它所使用的就是核電池。

旅行者一號使用的也是核電池