核電池要來了？美國2000萬投資砸向核動力光伏電池

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【 核電池要來了？

美國2000萬投資

砸向核動力光伏電池 】

來源：Getty Images

據美國趣味工程網站（Interesting Engineering）近日報道，美國密蘇里大學科學家領銜的工程師團隊，正致力于開發一種能夠在深海、外太空等極端環境中連續運行數月甚至數年而無需維護的核動力光伏電池。

該項目專注于放射性光伏技術，這是一種將核輻射直接轉化為電能的電池。與傳統電池不同，它無需充電，能為遠程應用提供長期穩定的電力。這種微型電池結構緊湊，專為浮標、航天器及遠程傳感器設計，在這些場合，更換或充電都極為困難。

該項目總投資280萬美元（約合人民幣1935萬元），并獲美國國防部高級研究計劃局（DARPA）「輻射到瓦特」（Rads to Watts）計劃支持。項目研究人員表示，該項目旨在探索將核輻射能量直接轉化為電能的新方法，目標是每公斤質量產生 10 瓦的電力，并指出這比目前的光伏系統具有更高的功率密度。

這種輻射光伏電池的工作原理類似太陽能電池，但它利用的是放射性衰變而非陽光。太陽能電池板將光子轉化為電能，而放射性光伏裝置則利用放射性物質釋放的帶電粒子。這使得電池可在陽光不足或無法利用的環境中運行，為需要不間斷供電的長期任務提供了新的可能。

來源：City Labs

核電池（nuclear battery）又稱原子電池（atomic battery）或放射性同位素電池（radioisotope battery），是一種利用放射性同位素衰變放出載能粒子（如α粒子β粒子和γ射線）能量或由它們引發的熱效應、光效應或電離作用等來產生電能的一種裝置。

核電池是利用射線能量來產生電能，其工作原理不似核裂變或核融合會產生致命性核輻射，核泄漏的問題處理起來較為容易。例如，用于心臟起搏器的核電池可直接植入人體，只要做好密封保護并不會對人體造成任何傷害。

此外，核電池衰變時放出的能量大小與速度不會受到溫度、壓力與電磁場等環境因素的影響，具良好的抗干擾性，能穩定運行數十年，這些特性是其他型式電池系統無法企及的。

1956年，美國率先制定了“核輔助動力系統計劃”，并于1961年成功地發射了配備放射性同位素熱電發電器（radioisotope thermoelectric generator, RTG）的導航衛星。同時，中國與俄羅斯等國亦投入相關技術的開發，迄今放射性同位素電池的換能方式已發展出十余種不同型式。

過去六十年間，核電池已成功運用于軍事衛星、水下監聽器與偏遠難以派人值守的導航、氣象探測設施。由于其工作時間可長達數年，且毋須人力進行看管與進行維護，燃料電池、化學電池與太陽能電池難以望其項背。

但是目前核電池的能量轉換效率偏低，即令技術發展成熟的RTG，其能量轉換效率仍僅在5%到10%之間，造價昂貴與放射性污染等問題，使得其運用受到相當程度制約。

來源：DARPA

這一次，密蘇里大學領導的科研團隊致力于研發采用氧化鎵（一種半導體材料）的器件。與傳統材料相比，氧化鎵具有更強的抗輻射能力。這一特性有望提升器件的效率和使用壽命。

托萊多大學科學家正主導模擬研究，為器件的構建提供指導。這些模擬將在甄選出最佳器件結構、確保達到性能指標方面發揮關鍵作用。此次合作還匯聚了賓夕法尼亞州立大學、休斯頓大學、海軍研究實驗室等多家機構，整合了材料科學、建模與器件工程等多領域專家。

該項目旨在通過提高功率密度和增強耐久性，推動放射性光伏更接近實際應用，尤其是在傳統電池無法勝任的場景中。

支持該項目的“輻射到瓦特”計劃是由美國國防高級研究計劃局（DARPA）發起的一項科研競賽，旨在探索利用輻射光伏（也稱放射性光伏）技術將核輻射能量直接轉化為電能的新方法。

該競賽接受任何輻射源，從自然衰變的放射性同位素到發射中子和伽馬粒子的反應堆均可使用，旨在發展千瓦級的高功率電能輸出技術，為惡劣或偏遠地區設施提供長期與穩定的電源。

（來源：Interesting Engineering、科技日報、EE Times；整理：Penn）

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