絞線設備（bèi）：核（hé）電池民用還遠嗎？

        核電池的規模化商用和民用進展再次受到廣泛關注。幾十甚至上百年不用（yòng）充電的核電池到底什麽時候能（néng）應用到手機、電器、汽車上？

　　近日，有國內企（qǐ）業宣稱成功研製民（mín）用（yòng）原子能電池，可50年穩定自發電、即將投入量（liàng）產，“遙遙領先”歐（ōu）美科研機構和（hé）企業。該公司稱，計劃（huá）2025年推出功率為1瓦的電池，在政策允許的情況下，原子能電池可以讓一部手機永不充電，現在隻能飛行（háng）15分鍾的（de）無人機可一直飛。

　　此消息一出，有人為之振奮，高呼“鋰電池要被革命！”，亦（yì）有（yǒu）網友對該公司所謂的產品（pǐn）前景提出質疑。實際上，核電池早已有之，從（cóng）上世紀就已引（yǐn）發研究（jiū）人員（yuán）的興趣。20世紀50年代（dài）開始（shǐ），核電池進入快速發展時期。這一長壽能源被寄予了巨大的希望，但（dàn）時至今日，核電池的主要應用場景仍局限於航天、極地、深海、心髒起搏器等領域。無論從轉換效率、輸出功率、成本還是輻射安全管理角度來看，核電（diàn）池民用言之尚早（zǎo）。相較於隨處可見的鋰電池，核電池難以走進人們的（de）日常生活（huó）。

　　核電池，從太空起步

　　核電站（zhàn）的工作原理是核裂變，被稱為終極能源（yuán）的“人造太陽”是核聚（jù）變（biàn）反應（yīng）。裂變和聚變均屬於外因引發的核轉變，核電池利用（yòng）的衰（shuāi）變則（zé）不同：它是自（zì）發（fā）進行的核轉變，也稱為放射性衰變。因（yīn）此（cǐ），核電池或稱放射性同位素電池，是（shì）將放射性同位（wèi）素衰變時釋放的能量轉（zhuǎn）換（huàn）為電能的一種裝置（zhì）。

　　由於衰變過程連續（xù）不斷且不受環境影響（xiǎng），核電池以抗幹擾性強、穩定可靠、能量密度高等（děng）特征著（zhe）稱，根據放（fàng）射源半（bàn）衰期不同，可（kě）工作幾年、幾十年甚至上百年。這使其在一（yī）些（xiē）極端條件和需（xū）要長期穩定供電（diàn）的場合獨具優勢。按照換能方式不同（tóng），核電池又可分為熱轉換式核電池(將同位素衰變時產生（shēng）的熱能轉換為電能)和非熱轉換式核電池(將放射性同位素放出的帶電粒子或產生的衰變能直接或間接（jiē）地轉換成電能)。

　　核電池研究取得實質性（xìng）進展始（shǐ）於20世紀50年代，正是得益於航天技（jì）術的（de）飛速發展，對高（gāo）效能長壽（shòu）命電池產生了極大的需求。

　　在航天領域，熱轉（zhuǎn）換式核電池的“知名案例”頗多。1977年，美國發射攜帶鈈-238核電池的（de）“旅行（háng）者1號”航天器，迄今已（yǐ）在太空航行46年，創造了世界衛星遠航史上的輝煌紀錄，核電池將保證其搭載的科學儀器持續工作到2025年。火（huǒ）星探測器“好奇號”上搭載的核（hé）動（dòng）力裝置，是一塊重約45公斤、發電功（gōng）率140瓦的核電池，含約5公斤重的鈈-238。2013年，我國“嫦娥三號”攜帶（dài）同位素熱（rè）源飛天，核電池中的鈈金屬塊238相當（dāng）於一個“暖寶寶”。有了（le）它，無（wú）須擔（dān）心月夜零下150度（dù）到180度的低溫凍（dòng）傷（shāng）儀器設備。

　　上述（shù）放射性同位素溫差發（fā）電器核電池技術最（zuì）為成熟且應用最早，但造價極其昂貴。以“毅力號”火星車核電池係統為（wéi）例，價格高達7500萬美元。

　　近些年來，另一技術分支——輻射伏特效應核電池的產（chǎn）業化進展頻頻“出圈”。隨著半導體材料製造技術的提高，此類電池的（de）實際應用成為可能。

　　2012年，國內電商（shāng）平台就曾出現一款號稱20年不斷電、不充電的民（mín）用核電池NanoTritium出售（shòu），售價6980元，旋即引發網絡熱議。這並非山寨產品，而是美國City Labs公司推出（chū）的氚電池。2010年，由該公司研發的NanoTritium輻射伏特效應（yīng）核電池獲得通（tōng）用許可證。

　　City Labs選擇的氚僅僅釋放出低能量的（de）β粒子，可以用非常薄的材料遮（zhē）擋，是一種較安全且易於密封的放射源（yuán）。該公司官網（wǎng）資料顯示，其氚電池通過了全球航空航天及防務巨頭洛克希德·馬丁（dīng）公司的第三方測試，證實該產品的極端溫度變化耐受性(-55°C 至 +150°C)。氚的半衰（shuāi）期在12年左右，City Labs 稱“15 年前開（kāi）發的早期NanoTritium電池仍在高效運行，模擬實（shí）驗表明它們將繼續運行20多年。”

　　核電池民用，到哪步了

　　阻擋核電池民用進程的主要因素，並非安全性。

　　作為核電（diàn）池的能（néng）量來源，同位素（sù）放射源必須滿足半衰期長、功率密度（dù）高（gāo）、放射性（xìng）危（wēi）險性小、容易加工、經濟和易（yì）於屏蔽等條件。輻射（shè）伏特效應核電池一般使用純β輻射（shè）放（fàng）射源，對物質的穿透（tòu）深度很淺，幾張紙就能擋住（zhù），沒有（yǒu）外輻照傷害。

　　價格不菲是核（hé）電池大規（guī）模民用（yòng）的主要限製因素之一。

　　將氚電池推向商用市場10餘年後，該領域“鼻祖”City Labs公司的生意如何呢？“貝塔（tǎ）伏特電池(Betavoltaic Batteries)和核電池尚未廣泛供（gòng）個人消費者使用，這類電（diàn）源大多仍處於（yú）開發和改（gǎi）進中。一些公司(比（bǐ）如City Labs)提供用（yòng）於商（shāng）業和科學用（yòng）途的貝（bèi）塔伏特電（diàn）池（chí）。”City Labs稱，普通（tōng）消費者不會購買他（tā）們的產品，公司通（tōng）常與對該技術感興趣的長期合作夥伴或（huò）科學組織打交道。

　　澎湃新聞從該公（gōng）司網站獲悉，每塊氚電池的基礎價格為5250美元。當然，批量訂單可享受折扣（kòu），定製產品要（yào）額外（wài）收費。

　　轉換效率和輸出（chū）性能更是核電池擴大應用領域不得（dé）不麵對的短板。

　　2023年（nián）12月，中國科學院合肥物質科學（xué）研究院核能安全所發布消息，該所韓運（yùn）成項目組在貝塔（tǎ）輻射伏特核電池研究領域取得了新進展，相關研（yán）究成果發表在《核（hé）科學與技術（shù）》(Nuclear Science and Techniques)期刊上。該文稱，貝塔輻射伏特核電池利用放射性（xìng）同位素釋放的貝塔粒子轉化為電能，具備長壽命、高能量密度、微（wēi）小尺寸和優異的抗幹擾能力（lì）等（děng）特點，被普遍認為是微機電係統(MEMS)中極具潛力的能源（yuán）替代（dài）選項之一。然而，傳統的平麵電池受到半導（dǎo）體結構和放射源加載的限（xiàn）製，半導（dǎo）體轉換器僅（jǐn）能利用放射源單麵釋放的（de）衰變能，導致輸出功（gōng）率和轉換效率低，輸出功率限製在nW水平，無法滿足MEMS係統的功率需求。

　　輻射伏特核電池的功率處於（yú）納瓦到毫瓦量（liàng）級。根據（jù）City Labs公司的資料，該公司提（tí）供（gòng）的（de）核電池產品在納瓦、微瓦、毫瓦範圍。

　　清華大學輻射防護辦公室常務副（fù）主任朱立此前曾對City Labs公司推出的氚電池作（zuò）出解讀，“其功率最多隻（zhī）有0.84毫瓦，這表（biǎo）明（míng）NanoTritium還不能應用到手機等領域。”

　　不僅如（rú）此（cǐ），我（wǒ）國（guó）《放射（shè）性（xìng）同位素與射線裝置安全和防護條例》和《放射性同位素與射線裝置安（ān）全許可（kě）管（guǎn）理辦法》明確規（guī）定，放射源的豁免必須持（chí）有備案證明文件，也即相關商業活動須經過審批。

　　讓香蕉视频网址回到文章開頭提及的宣稱成功研製民用核電池（chí）的企業，“2025年推出功率為1瓦的電池”真的有望實現嗎（ma）？

　　這家名為北京貝塔伏特新能科（kē）技有限公司的企業稱，融合鎳63核同位素衰（shuāi）變技術和中國第一個金剛石半（bàn）導體模塊，該公司將推出的第一款產品BV100是世界上首塊（kuài）即將量產的核（hé）電池，功（gōng）率是100微瓦（wǎ），電壓3V，體積是15 X 15 X 5立方（fāng）毫米，比一（yī）枚（méi）硬幣還小。核電池（chí）每分每秒都（dōu）在發電，每天8.64焦耳（ěr），每年3153焦耳。多塊這樣的電池可以（yǐ）串並聯使用。

　　鎳-63的半衰期達100年，按半衰期（qī）來算，基（jī）於鎳-63的核（hé）電池（chí）確實至少可工作50年。

　　但一位從（cóng）事核技術應用研究的學者向澎湃新聞表（biǎo）達了（le）對上述公（gōng）司產品介紹和目標的質疑（yí）。“目前功率還沒達到這個級別，核電池應用仍需依靠新材料和新工（gōng）藝來提高輸出功率。”

　　社交平台上對該公（gōng）司提出（chū）的“核電池（chí）手機”概念也不乏質疑聲。“1瓦=1000000微瓦，也（yě）就是說造1瓦的核電池，得比硬幣大10000倍。要把一枚（méi）硬幣（bì）1萬倍大小的東西在兩年內做得跟手機電池一樣大，摩爾定律都帶不動啊，何況（kuàng）是材料學。”該網友（yǒu）還反問道，現在的手機峰（fēng）值功率可達13-15瓦，1瓦能幹啥（shá）？

　　也有網友提出，該產品不僅不適用（yòng）於手機電池，即使當作外置電源（yuán），對比（bǐ）其他動輒百瓦的（de）快充（chōng）也（yě）毫無（wú）優勢，更不用（yòng）說鎳-63的價格問題。

　　“在民用領域，不受管製地使用核電（diàn）池是很危險的。”西北工業大學空天微納實驗室（shì）教授喬大勇此前接受中國科學（xué）報采訪時稱，“國（guó）際上對於核電池的民用都（dōu）存在法規限製，有些放射源（yuán）的半衰期甚至上千年，一（yī）旦不（bú）小心遺棄在某個地方，傷害和影響就將持續千年，隻有對（duì）核（hé）電池的製造、流通和回（huí）收製定完善（shàn）的法律、法規並嚴（yán）格執行，這一具有美好未來的能源才能真正變成現實。”

　　輻射防護和環境保護（hù）專家、中國工（gōng）程（chéng）院院士潘（pān）自強對核電池應用前景的評判更為直（zhí）接（jiē）。他認為，核電池可以用絞線設備在一些“不計成（chéng）本”的事業方麵，但不可能像普通商品那樣走（zǒu）進人們的生活（huó）。