近日，中國貝塔伏特公司（Betavolt）釋出了一種能穩定發電50年的核能電池。假如裝上這種電池，手機就不用充電了嗎？
01
核心技術創新
其實核能電池早就安裝在1977年發射的旅行者號探測器上，這顆探測器上安裝了三枚同位素溫差核電池（RTGs），至今仍在工作。貝塔伏特核能電池與RTGs走了不同的技術路線，因此實現了核能電池的小型化、安全化，可供普通民眾使用。
旅行者號探測器的核電池安裝在鈹外殼中，直徑406毫米，長度508毫米，重量39千克。使用鈽-238作為放射源，雙金屬熱核電池將衰變熱量轉化為電能。鈽-238衰變時會釋放出α粒子的同時產生大量的熱，同位素溫差核電池利用這些熱能透過熱電偶產生直流電。
這個過程利用了塞貝克效應（Seebeck effect），它又被稱第一熱電效應，指在由兩種導體（或半導體）組成環路中，如果兩個接觸點的溫度不同，在迴路中將出現熱電流。這塊電池初始輸出功率為470瓦（30V直流電），隨著放射性物質的消耗，執行20年後，其輸出功率已降至335W。為此探測器上的負載裝置正在逐漸關閉，預計到2025年仍能維持必要的儀器操作。
作為20世紀60年代的高科技產品，這種核能電池雖然可以使用幾十年，但具有體積重量大、內部溫度高、有輻射洩漏風險、價格昂貴會產生核廢料等缺點，不適合作為民用產品。
貝塔伏特的核能電池（Betavolt BV100）採用鎳-63作為能量源，這種同位素在衰變過程中釋放β粒子（高速電子流），被周圍特製的金剛石半導體薄膜材料捕獲並轉換為電流。不同於傳統的熱電轉化，這種直接將捕獲電子轉化為電流的能量轉換效率更高。
為了將這種電池微型化，他們把用鎳-63做成2微米厚的薄片，因為太厚的話電子會被自己吸收，放在兩片10微米厚的單晶金剛石半導體轉換器之間，將放射源的衰變能量轉化為電流。這些發電單元可以幾十幾百個串並聯使用，可以製造從幾微瓦到幾瓦不同功率的電池。這種電池的能量密度是三元鋰電池的10倍以上，在1克電池中可儲存3300毫瓦時的電能。
鎳-63的半衰期為100年，100年後將有一半的鎳-63衰變成不具有放射性的銅，因此這款電池長期來看無需回收，也不會產生核汙染問題。
作為世界上首款即將量產的核能電池——BV100，其體積為15×15×5毫米和筆記本鍵帽一樣大，電壓3V，功率是100微瓦。從示意圖中可以看到在電池防護層內部串聯了3個發電單元。核能電池每分每秒都在發電，每天可產能8.64焦耳，每年3153焦耳，並可以穩定供電50年。由於它是物理電池不存在電化學電池的充放電問題，也沒有穿刺起火爆炸的問題，還可在零上120度和零下-60度範圍內正常工作。
這顆電池可以應用在消費電子裝置、航空航天、醫療裝置、智慧感測器、無人機和機器人等領域的低功耗應用，尤其是在物聯網和智慧終端裝置中，尋求實現永不停歇的自我供電能力。
02
不用充電的手機
一部普通的智慧手機備有一塊5000毫安時的電池、額定電壓為3.7V。如果用3V、100微瓦的一塊核能電池來充電，根據電量和時間的關係計算，需要2000多年才能充滿。
所以目前這顆核能電池還不能用於手機。但如果並串聯多個發電單元，讓核能電池有更高的輸出功率就能滿足手機的需求，畢竟核能電池的能量密度是三元鋰電池10倍，所以未來不用充電的手機理論上是可以實現的。
未來可行的技術路線，可能是手機安裝2塊電池，用核能電池持續給鋰電池充電。如果將輻射源換成鍶90、鉕147或氘等同位素，根據這些同位素的半衰期不同還能製成不同功率、使用壽命2年到30年的核能電池。
郵發代號：77-19
單價：8元，年價：408元
編輯｜張毅
稽核｜吳新
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