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研制新能源電池是各國(guó)研究團(tuán)隊(duì)追逐的熱點(diǎn)方向。近期，來(lái)自日本的研究人員開(kāi)發(fā)出一種利用核燃料副產(chǎn)品——貧鈾的可充電電池，它有望緩解風(fēng)能和太陽(yáng)能的間歇性問(wèn)題。
鈾濃縮加工成核燃料的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生濃縮鈾以及副產(chǎn)品貧鈾(depleted uranium)。
貧鈾所含的可裂變核素鈾-235(自然界唯一能發(fā)生可控裂變的同位素)較少，本身無(wú)法再被用作反應(yīng)堆燃料，屬于廢料；但它具有微弱放射性，其化學(xué)毒性與天然鈾相當(dāng)，高劑量接觸會(huì)損傷腎臟，因此不可隨易棄置，只能封存處理——日本核電產(chǎn)業(yè)遺留的1.6萬(wàn)噸貧鈾就是個(gè)典型案例，美國(guó)能源部則存有約75萬(wàn)噸貧鈾。
值得一提的是，憑借高密度特性，貧鈾已被用于穿甲彈和醫(yī)療輻射屏蔽等領(lǐng)域。而現(xiàn)在，來(lái)自日本原子能研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)(JAEA)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)竟成功將貧鈾轉(zhuǎn)化成可充電電池！
團(tuán)隊(duì)表示，這種可充電鈾電池稱得上全球首創(chuàng)，其充放電性能已經(jīng)得到驗(yàn)證，未來(lái)有望替代大容量鋰離子電池，幫助風(fēng)電場(chǎng)和太陽(yáng)能電站等可再生能源設(shè)施穩(wěn)定輸出電力。
“雖然仍處于早期研發(fā)階段，但該技術(shù)或可將核廢料轉(zhuǎn)化為資源?！?/p>
JAEA團(tuán)隊(duì)于今年3月公布了研發(fā)成果，并就電池技術(shù)作出概述。雖然未透露后續(xù)將在何時(shí)何刊發(fā)表包含詳細(xì)信息的論文，但他們明確介紹了一些關(guān)鍵技術(shù)細(xì)節(jié)：原型是一種液流電池，可將能量?jī)?chǔ)存于兩個(gè)裝有液態(tài)電解液的儲(chǔ)罐，兩罐電解液各帶正負(fù)電荷，罐體越大，電池容量越高。液流電池是一種非常適合風(fēng)能、太陽(yáng)能等間歇性可再生能源的儲(chǔ)能技術(shù)。
電解液被泵入電池堆后在電極處發(fā)生反應(yīng)、產(chǎn)生電能。原型電池使用鈾作為負(fù)極的活性材料，鐵作為正極活性材料。電解液由有機(jī)溶劑和含陰陽(yáng)離子的鹽類混合而成，在100°C以下呈液態(tài)。
大約25年前，日本東北大學(xué)和京都大學(xué)的學(xué)者就曾提出可充電鈾電池的構(gòu)想。
JAEA的研究員大內(nèi)一樹(shù)(Kazuki Ouchi)表示，他們最新設(shè)計(jì)的這種鈾電池的關(guān)鍵突破在于引入鐵元素，即利用不同氧化態(tài)的鐵離子穩(wěn)定電解液；將鐵電解質(zhì)與鈾電解質(zhì)結(jié)合后，電池實(shí)現(xiàn)了1.3伏工作電壓。
1.3伏的單電池電壓已接近普通1.5伏堿性電池的水平，足以點(diǎn)亮小型LED燈。此外，充放電循環(huán)10次幾乎無(wú)損電池性能，這展現(xiàn)了穩(wěn)定性。
在充放電循環(huán)過(guò)程中，鈾電解液的顏色從綠色轉(zhuǎn)變成紫色，又從紫色切回藍(lán)色，這反映了氧化態(tài)的變化。
當(dāng)被問(wèn)及貧鈾的安全隱患時(shí)，團(tuán)隊(duì)表示可通過(guò)特定屏蔽措施解決問(wèn)題。
大內(nèi)一樹(shù)指出：“就實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的原型電池(含約3毫升電解液)而言，其鈾放射性不構(gòu)成威脅。當(dāng)然，鈾放射性雖低卻也不可忽視?！眻F(tuán)隊(duì)計(jì)劃評(píng)估電池輻射量，并研究大容量設(shè)計(jì)的屏蔽結(jié)構(gòu)。
另一方面，團(tuán)隊(duì)目前正開(kāi)發(fā)包含電極的液流電池，以追求更高容量。更大規(guī)模設(shè)計(jì)將使用650噸鈾，儲(chǔ)能達(dá)3萬(wàn)千瓦時(shí)，相當(dāng)于日本3000戶家庭日用電量。
牛津大學(xué)專家戴維·豪伊(David Howey，未參與相關(guān)工作)評(píng)價(jià)稱：“鈾電池作為非水電解質(zhì)性能的測(cè)試案例，帶來(lái)了令人驚喜的新東西，但其安全性和重量問(wèn)題也不可忽視?！?/p>
鈾電池還將面對(duì)來(lái)自現(xiàn)有技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)?，F(xiàn)有的固定儲(chǔ)能技術(shù)，例如鋰離子電池和液流電池，經(jīng)過(guò)了多年發(fā)展和規(guī)模擴(kuò)展，比新技術(shù)更具成本優(yōu)勢(shì)。
豪伊說(shuō)道：“任何新技術(shù)都必須提供一條能通過(guò)規(guī)?；瘜⒊杀究刂频綐O低水平的路徑。就可充電鈾電池而言，這條路徑是什么，以及它在環(huán)境和政治層面是否可接受，都還不明確。”
大內(nèi)則認(rèn)為，在以核電為能源政策基礎(chǔ)的國(guó)家，隨著發(fā)電量增加，預(yù)計(jì)貧鈾存量未來(lái)也將不斷增長(zhǎng)，它們給鈾電池供應(yīng)充足原料。
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