【原】我國首款碳-14核電池研制成功，理論上可持續(xù)供電上千年

魅力科學(xué)君 2025-03-12 發(fā)布于四川

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在人類的科技發(fā)展之路上，電池?zé)o疑是一個(gè)重要的發(fā)明，有了電池，我們就可以將電能儲(chǔ)存起來，進(jìn)而在很大程度上擺脫傳統(tǒng)電力供應(yīng)方式的束縛。不過隨著我們對(duì)電池需求的日益增長，傳統(tǒng)電池技術(shù)的局限性也逐漸顯現(xiàn)出來，而要改變這種情況，我們就需要更加先進(jìn)的電池技術(shù)。

正因?yàn)槿绱?，科學(xué)家們也一直在致力于相關(guān)方面的研究，近日一個(gè)好消息傳來，我國首款碳-14核電池研制成功，這款電池被命名為“燭龍一號(hào)”，由無錫貝塔醫(yī)藥科技有限公司與西北師范大學(xué)聯(lián)合研制，理論上可持續(xù)供電上千年。

簡單來講，碳-14是碳元素的一種同位素，其原子核包含6個(gè)質(zhì)子和8個(gè)中子，并因此具有放射性，通常情況下，它們會(huì)自發(fā)地發(fā)生β衰變，而碳-14核電池，則可以利用一系列特殊的半導(dǎo)體材料，通過技術(shù)手將碳-14衰變過程中釋放出的能量轉(zhuǎn)換為電能。

與傳統(tǒng)電池技術(shù)相比，碳-14核電池的最大優(yōu)勢(shì)在于其超長的續(xù)航能力，要知道碳-14的半衰期約為5730年，所以從理論上來講，這種電池可以在上千年的時(shí)間跨度里，提供持續(xù)穩(wěn)定的電能。

根據(jù)研究人員的介紹，“燭龍一號(hào)”是世界上首款基于碳化硅半導(dǎo)體材料的碳-14核電池，由于這種材料具有很高的熱穩(wěn)定性和電導(dǎo)性，因此“燭龍一號(hào)”的溫度適應(yīng)范圍很大，可以適應(yīng)從-100℃到200℃的溫度環(huán)境。

另一方面來講，碳-14作為一種放射性同位素，其能量釋放速率相對(duì)較低，傳統(tǒng)的核電池往往無法在較小的體積內(nèi)提供足夠的能量輸出。為了提高效率，研究團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)新的技術(shù)手段大幅提升了碳-14源的比活度，這意味著每單位質(zhì)量的碳-14能夠釋放出更多的能量，從而提高了電池的輸出效率。

此外，經(jīng)過多年的技術(shù)攻關(guān)，研究團(tuán)隊(duì)成功地使“燭龍一號(hào)”的能量轉(zhuǎn)換效率突破了8%，同時(shí)將其能量密度提升到了2200mWh/g，使其可以比其他同類電池更加小巧，且供電能力更加強(qiáng)大。

（↑圖片來自無錫發(fā)布）

測(cè)試結(jié)果表明，“燭龍一號(hào)”的短路電流為282nA，開路電壓為2.1V，最大輸出功率為433nW，盡管這些數(shù)據(jù)在大功率應(yīng)用場(chǎng)景中看似不高，但對(duì)于許多低功耗的設(shè)備而言，這已經(jīng)足夠支持其穩(wěn)定運(yùn)行。

在實(shí)際應(yīng)用中，研究團(tuán)隊(duì)將“燭龍一號(hào)”接入了核電池儲(chǔ)能模組，成功驅(qū)動(dòng)藍(lán)牙射頻芯片發(fā)射信號(hào)并穩(wěn)定接收，而搭載“燭龍一號(hào)”電池的LED燈，也已經(jīng)持續(xù)工作了將近四個(gè)月，累計(jì)完成超過35000次脈沖閃爍，這充分驗(yàn)證了其可靠性和耐用性。

研究人員認(rèn)為，“燭龍一號(hào)”的技術(shù)在未來有著非常廣闊的應(yīng)用前景，例如在醫(yī)療領(lǐng)域，腦機(jī)接口和心臟起搏器等植入式設(shè)備能夠獲得穩(wěn)定且永久的電源支持，從而大幅降低相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)和維護(hù)難度，而其具有的高能量密度和耐用性，則能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中萬億級(jí)傳感器網(wǎng)絡(luò)的長期運(yùn)行需求，為分布式智能系統(tǒng)提供持續(xù)可靠的電力保障。

除此之外，由于“燭龍一號(hào)”在極端環(huán)境下也能穩(wěn)定工作，因此無論是在深海、極地，還是在月球和火星等外星環(huán)境中，它都能作為無需維護(hù)的供電解決方案，為探測(cè)任務(wù)提供堅(jiān)實(shí)的能源后盾，而在宇宙深空探測(cè)領(lǐng)域，其持久穩(wěn)定的電能輸出也有望為探測(cè)器提供長期電力支持。