世界上有沒(méi)有一款充電寶能在各種極端環(huán)境下適應(yīng)多種應(yīng)用場(chǎng)景、能使用數(shù)百甚至千年的超級(jí)電池嗎？
或許有人會(huì)說(shuō)這是天方夜譚，是不切實(shí)際的異想天開(kāi)，但我國(guó)西北師范大學(xué)就突破了重重技術(shù)瓶頸，造出了這樣一種理論上有千年使用周期的超級(jí)電池。
電池這種東西，作為一種電能的儲(chǔ)能裝備，能夠給供電設(shè)備提供方便快捷的供電服務(wù)。
從鉛酸電池、鎳鎘電池到現(xiàn)在的三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池，電池技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了工業(yè)化發(fā)展的同時(shí)，也豐富了人們的生活。
不過(guò)，無(wú)論是手機(jī)還是電動(dòng)車電池，在使用中都遇到一個(gè)情況，就是電量“習(xí)慣性不足”和“短壽”，經(jīng)常需要反復(fù)充電和更換電池。
曾經(jīng)有人提出過(guò)一種設(shè)想：為什么不能把具有強(qiáng)大充能和放能效用的核能，來(lái)用作電池的發(fā)電原料呢？
其實(shí)，“核電池”的這種產(chǎn)品早在1913年就已經(jīng)問(wèn)世。當(dāng)時(shí)這種電池采用20mCi的β放射源作為發(fā)電基礎(chǔ)，能夠產(chǎn)生150kv的電能。
不過(guò)這種電池卻有著很大的缺陷，比如必須提供真空環(huán)境才能使用和不能經(jīng)受沖擊，所以這種電池的應(yīng)用場(chǎng)景并不廣泛。
大概到了上世紀(jì)50年代之后，這種核電池的技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展，在美國(guó)的“探索者”“海盜”等系列人造衛(wèi)星上，都有持續(xù)供電的核電池的功勞。
我國(guó)的嫦娥三號(hào)在2013年執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中，就使用了以“钚238”為能源的供電設(shè)備。
與傳統(tǒng)的電池相比，核電池能夠釋放出的熱能和電能要高出數(shù)十倍，所能夠持續(xù)的續(xù)航時(shí)間也能夠達(dá)到數(shù)十年，同時(shí)也能夠應(yīng)對(duì)從零下60℃到零上120℃之間的大跨度溫差，所以相對(duì)來(lái)說(shuō)應(yīng)用的場(chǎng)景要比普通的電池要多很多。
不過(guò)，核電池也存在著一定的弊端。因?yàn)樾枰褂煤嗽牧?，在防止輻射外放和安全保護(hù)措施方面需要投入很多成本，這就讓核電池的安全性、制造成本以及對(duì)環(huán)境的影響，長(zhǎng)期以來(lái)都是人們議論的焦點(diǎn)。
或許有人會(huì)說(shuō)：核電站那么大、核彈也不小，核電池是不是也會(huì)很大？
其實(shí)，核電站與核電池所使用的原材料雖然都叫“核原料”，但還是有區(qū)別的。
比如核電站使用的原料早期是鈾，現(xiàn)在大多改成了钚244，但核電池所使用的材料卻是钚238。
理論上來(lái)說(shuō)，钚244能夠使用八千萬(wàn)年，钚238則只有87年，同樣，所放出的能量也有很大的差別。
不過(guò)，因?yàn)轭羞@種元素在自然界中存量很少，在使用過(guò)程中還存在一定的風(fēng)險(xiǎn)性，所以科學(xué)家們一直都在尋找新的能源作為替代品。
我國(guó)的科學(xué)家在這方面經(jīng)過(guò)持續(xù)多年的努力，已經(jīng)取得了讓人驚詫的成績(jī)，其中不僅有2024年面世以鎳63為原材料的BV100小型核電池，還有全球首款以碳化硅半導(dǎo)體為原材料的核電池“燭龍一號(hào)”。
與以往的钚238核原料不同，“燭龍一號(hào)”所使用的材料是另外一種能夠通過(guò)人工合成的碳14。
這種通常被用于考古斷代測(cè)量的碳14，相對(duì)來(lái)說(shuō)在自然界中的含量要稍微高一些，并且我國(guó)已經(jīng)在2024年時(shí)從重水堆中成功提取出了碳14，基本實(shí)現(xiàn)了可以商業(yè)化生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。
我國(guó)西北師范大學(xué)和無(wú)錫貝塔醫(yī)藥進(jìn)行合作，把碳14這種具有放射性物質(zhì)的同位素，變成了一種全新的核能電池，同時(shí)也是全球第一款用碳化硅半導(dǎo)體當(dāng)作核材料的電池。
我國(guó)古代神話傳說(shuō)中，“燭龍”睜開(kāi)眼睛就是白天，閉上眼睛就是黑夜，不僅能夠掌管日夜交替，而且還因?yàn)闇喩砘鸺t，而成為火的象征。
根據(jù)目前公開(kāi)的資料顯示，碳14的半衰期能夠達(dá)到5730年，所以采用這種材料作為原料的電池，即便不能做到數(shù)千年的使用壽命，也能夠?qū)崿F(xiàn)持續(xù)幾百年持續(xù)發(fā)電。
使用“燭龍”來(lái)命名這種電池，也有著“控制時(shí)間”“超長(zhǎng)待機(jī)”含義在內(nèi)。
根據(jù)介紹，“燭龍一號(hào)”能夠在零下100℃到零上200℃的極端溫度下運(yùn)行，并且能夠?qū)崿F(xiàn)433nW的最大輸出功率、282nA短路電流和2.1V開(kāi)路電壓。
雖然這種電池并不是超大功率電池，但是卻能夠應(yīng)用在心臟起搏器、腦機(jī)接口這種植入人體但又不方便經(jīng)常更換的應(yīng)用場(chǎng)景中。
另外，在南極、北極、深海以及探索太空星球等場(chǎng)景中，這種能夠持續(xù)數(shù)百年放電的電池，也有著很多的使用空間。
雖然現(xiàn)在公布的“燭龍一號(hào)”在體積上并沒(méi)有人們所想象的能夠進(jìn)入人體那樣小巧，但升級(jí)版的電池規(guī)格將會(huì)達(dá)到直徑25毫米左右，幾乎等于一元錢硬幣大小，足以滿足精密設(shè)備的尺寸需求。
那么，這么小的核電池，能夠保證使用安全嗎？答案是肯定的。
與西北師范大學(xué)合作的貝塔公司，作為一家專注于輻射醫(yī)療領(lǐng)域的企業(yè)，已經(jīng)為科研院所和醫(yī)療行業(yè)提供了超過(guò)500款合作服務(wù)，并且已經(jīng)建立了從提取到應(yīng)用相對(duì)完整的碳14產(chǎn)業(yè)鏈體系，所以在安全方面并不需要擔(dān)心。
“燭龍一號(hào)”核電池的出現(xiàn)，不僅證明我國(guó)在這方面的科研能力已經(jīng)處于世界領(lǐng)先位置，更是我國(guó)綜合國(guó)力的體現(xiàn)，相信這種技術(shù)也能夠像燭龍一樣，給我國(guó)科技樹(shù)的生長(zhǎng)繼續(xù)提供源源不斷的能量。
參考資料：
【1】《中國(guó)首款碳-14核電池研制成功》人民日?qǐng)?bào)海外版
【2】《探秘星辰大海關(guān)乎你我》人民網(wǎng)
【3】《核電池概述及展望》原子核物理評(píng)論 2020年04期
熱門(mén)跟貼