1月8日，一家中國公司宣布研制出微型原子能電池——北京貝塔伏特新能科技有限公司(以下簡稱貝塔伏特)利用鎳63核同位素衰變技術(shù)和金剛石半導(dǎo)體，將原子能電池小型化、模塊化、低成本化。這項成就剛獲得中核集團(tuán)2023年創(chuàng)新大賽三等獎。
原子能電池，又稱核電池或放射性同位素電池，是將核同位素衰變釋放的能量轉(zhuǎn)化為電能。上世紀(jì)60年代，為了給航天器提供長時間持續(xù)的能量，美蘇相繼研發(fā)出核電池，原理是核輻射升溫，用溫差發(fā)電。這類核電池體積大、昂貴，應(yīng)用場景很少。另一類核電池，可將輻射直接轉(zhuǎn)化為電能——放射性元素衰變中發(fā)射的β粒子(正電子)照射半導(dǎo)體，產(chǎn)生電流，但效率很低。
為了更有效率地捕捉β粒子，貝塔伏特的研發(fā)團(tuán)隊開發(fā)了一種高性能的單晶金剛石半導(dǎo)體，厚度僅為10微米;2微米厚的鎳-63薄片放在兩片金剛石半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換器之間，穩(wěn)定持續(xù)地激發(fā)出電荷，一種超長碳納米管制造的超級電容負(fù)責(zé)收集這些電荷。
金剛石由于其優(yōu)異的物理特性和電特性，被看作第四代半導(dǎo)體的首選材料。然而人工生長大尺寸金剛石以及半導(dǎo)體摻雜，都是亟需攻克的難題。貝塔伏特公司董事長兼CEO張偉表示，他們是全球目前唯一掌握摻雜制作大尺寸金剛石半導(dǎo)體材料的公司。
新式核電池50年穩(wěn)定發(fā)電，無需充電，無需維護(hù)，不產(chǎn)生外部輻射，量產(chǎn)投入市場后，將滿足航空航天、AI設(shè)備、醫(yī)療器械、微型機(jī)電系統(tǒng)、傳感器、小型無人機(jī)和微型機(jī)器人(10.810,0.01,0.09%)等長續(xù)航場景。如果功率足夠，核電池可以讓手機(jī)不需要充電;小型無人機(jī)也可以“永久”滯空。
張偉介紹，他們首個產(chǎn)品BV100電池的功率是100微瓦，電壓3伏，體積是15×15×5立方毫米，比一枚硬幣還小;公司計劃2025年推出功率為1瓦的電池。他們正與國內(nèi)院校聯(lián)合研發(fā)，采用鍶90、钷147和氘同位素，研制更高功率的電池。
核電池的能量密度是三元鋰電池的10倍以上，針刺和槍擊也不會起火爆炸，-60℃—120℃范圍內(nèi)均能正常工作。
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