最新核電池技術(shù)研發(fā)獲得的新突破

美國(guó)密蘇里大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)近日對(duì)外表示，他們已經(jīng)敲開了新一代水性核電池技術(shù)的大門。該電池技術(shù)應(yīng)用范圍廣泛，從汽車電池到航天器，均可使用。該研究成果被刊登在了《自然》雜志上。

核電池的基本原理是通過(guò)輻射釋放能量。自上世紀(jì)50年代開始，核電池的研究便已開始，并被應(yīng)用在早期的心臟起搏器上。核電池是安全的，現(xiàn)在，包括臥室內(nèi)的火災(zāi)探測(cè)器、建筑物的緊急出口標(biāo)志等，都有核電池的身影。這些安全設(shè)施之所以依賴核電池，是因?yàn)樵?a href="http://sanluisobispoortho.com">電池的最大特性——壽命超長(zhǎng)。無(wú)需充電，在十幾年內(nèi)，核電池都能夠源源不斷供應(yīng)能量。

但核電池的缺點(diǎn)也非常明顯。首先，其輻射量中僅有一小部分能夠有效轉(zhuǎn)化為電荷，能量密度很低。再者，核電池的輻射可能會(huì)影響到核電池中的半導(dǎo)體部件。

核電池的關(guān)鍵在衰變。在這一過(guò)程中，原子核內(nèi)一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子，同時(shí)釋放一個(gè)電子，即粒子。高能電子束在穿過(guò)窗口通道后進(jìn)入捕獲層，半導(dǎo)體材料內(nèi)部電子將被粒子激發(fā)到激發(fā)態(tài)，從而形成電子-空穴對(duì)，最后形成宏觀電壓，在擁有回路后，就出現(xiàn)了電流。由于這個(gè)機(jī)制類似于光伏效應(yīng)（Photovoltaic），所以用衰變作為能量源的核電池也被稱為貝塔伏特電池（Betavoltaic）。

為了屏蔽核電池中射線的影響，過(guò)去的研究一直把屏蔽材料的研究聚焦在固體材料之上。但事實(shí)上，液體才是目前已知效果最好的屏蔽材料。

由JaeWKwon領(lǐng)導(dǎo)的密蘇里大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在將輻射直接轉(zhuǎn)化為電荷的過(guò)程中，液體是出色的媒介。此外，在液體中，射線持續(xù)激發(fā)的自由基也能發(fā)電。

密蘇里團(tuán)隊(duì)使用鍶90作為核電池的源，以鍍鉑的二氧化鈦電極來(lái)收集能量，并將其轉(zhuǎn)化為電子。值得一提的是，鈦在防曬霜和抗紫外線阻斷劑中，是常見的元素。

密蘇里團(tuán)隊(duì)研發(fā)的核電池有水性的半導(dǎo)體材料，在屏蔽輻射的同時(shí)，它還能吸收輻射，并將粒子的動(dòng)能吸收。當(dāng)液體吸收輻射的能量時(shí)，輻射分解與自由基開始出現(xiàn)，這是一種高度反應(yīng)但存在時(shí)間又非常短暫的化學(xué)物種。它們能夠被轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)一步提高了電池輸出的功率。

密蘇里團(tuán)隊(duì)稱，該發(fā)現(xiàn)揭示了核電池發(fā)電的新機(jī)制，并為創(chuàng)造能量密度更高的化學(xué)電池鋪平了道路。同時(shí)水性電池中的離子溶液不易凍結(jié)，在非常低的溫度下也可以工作。這意味著其應(yīng)用范圍很寬，包括汽車電池、航天、醫(yī)療、極地研究設(shè)備等領(lǐng)域。