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镍-63 驱动的金刚石半导体:我国公司打造的创新型核电池

发布日期:2024-02-15 06:31    点击次数:82

  

我国一家公司宣布,计划大规模生产可持续使用长达 50 年的微型核电池。我们倾向于认为放射性材料主要是危险的,这是有充分理由的,但它的辐射也意味着它正在释放能量。因此,放射性材料可以制成出色的电池。如果使用半衰期长的材料,则可以制成无需充电即可持续使用数千年的电池。

这个想法并不新鲜,特别是对于更换电池会危害健康的医疗设备。早在 20 世纪 70 年代,起搏器就配备了钚动力电池,其中一些电池至今仍在运行。较新的设备使用锂电池,大约十年左右就必须更换一次。

核电作为一种环保能源目前正在强势回归,一些公司正在生产由氚衰变驱动的核电池,但目前它们主要用于科学或医疗目的而不是消费市场。因为它们产生的功率很小,在纳瓦或微瓦范围内。因此,这些核电池不能替代我们所习惯的电池。

由核衰变驱动的电池有两种不同的类型,一种是使用放射性物质产生热量,然后利用两地之间的温差产生电流,这被称为放射性同位素热电发电机。该技术最早于 2 世纪 50 年代、60 年代开发,当时美国和苏联正在为太空任务寻找可靠且持久的电源,特别是那些探索太阳能不可用的环境的任务。

尽管这些放射性同位素热电发电机的技术众所周知,但制作出来它们的体积也会很大。此外,通过温度梯度来发电的效率也是相当低。更好的解决方案是使用半导体,其中发电是由核衰变直接驱动的,我国的那家公司提出的新型核电池就是这种类型的。

这些类型的电池被称为阿尔法伏特电池、贝塔伏特电池或伽马伏特电池,具体取决于它们使用的是阿尔法、贝塔或伽玛衰变。阿尔法衰变意味着一个大原子核被吐出,它带有两个中子和两个质子的,即氦核;贝塔衰变意味着原子核吐出电子;伽玛衰变意味着原子核吐出光子。

我国的那家公司使用的是贝塔衰变,他们使用半衰期约为 100 年的镍-63,并将其放置在带有 PN 结的金刚石半导体之间。这种半导体材料与太阳能电池中通常使用的材料是同一类型的。在太阳能电池中,入射光会产生电流。对于核电池来说,产生电流的不是光子,而是贝塔衰变中发射的电子。

目前,该电池被称为 BV 100 电池,它具有的功率为 100 微瓦,电压为 3 伏,其外形尺寸与典型电池相同。

本作者:Eugene Wang



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