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手机或可五十年不用充电中国企业打造手机核能电池

时间: 2024-02-10 来源:环球hq娱乐官网

  近日,中国贝塔伏特公司(Betavolt)发布了一种能稳定发电50年的核能电池。假如装上这种电池,手机就不用充电了吗?

  其实核能电池早就安装在1977年发射的旅行者号探测器上,这颗探测器上安装了三枚同位素温差核电池(RTGs),至今仍在工作。贝塔伏特核能电池与RTGs走了不同的技术路线,因此实现了核能电池的小型化、安全化,可供普通民众使用。

  旅行者号探测器的核电池安装在铍外壳中,直径406毫米,长度508毫米,重量39千克。使用钚-238作为放射源,双金属热核电池将衰变热量转化为电能。钚-238衰变时会释放出α粒子的同时产生大量的热,同位素温差核电池利用这些热能通过热电偶产生直流电。

  这个过程利用了塞贝克效应(Seebeck effect),它又被称第一热电效应,指在由两种导体(或半导体)组成环路中,如果两个接触点的温度不同,在回路中将出现热电流。这块电池初始输出功率为470瓦(30V直流电),随着放射性物质的消耗,运行20年后,其输出功率已降至335W。为此探测器上的负载装置正在逐渐关闭,预计到2025年仍能维持必要的仪器操作。

  作为20世纪60年代的高科技产品,这种核能电池虽能使用几十年,但具有体积重量大、内部温度高、有辐射泄漏风险、价格昂贵会产生核废料等缺点,不适合作为民用产品。

  贝塔伏特的核能电池(Betavolt BV100)采用镍-63作为能量源,这种同位素在衰变过程中释放β粒子(高速电子流),被周围特制的金刚石半导体薄膜材料捕获并转换为电流。不同于传统的热电转化,这种直接将捕获电子转化为电流的能量转换效率更高。

  为了将这种电池微型化,他们把用镍-63做成2微米厚的薄片,因为太厚的话电子会被自己吸收,放在两片10微米厚的单晶金刚石半导体转换器之间,将放射源的衰变能量转化为电流。这些发电单元可以几十几百个串并联使用,可以制造从几微瓦到几瓦不一样的功率的电池。这种电池的单位体积内的包含的能量是三元锂电池的10倍以上,在1克电池中可存储3300毫瓦时的电能。

  镍-63的半衰期为100年,100年后将有一半的镍-63衰变成不具有放射性的铜,因此这款电池长久来看无需回收,也不会产生核污染问题。

  作为世界上首款即将量产的核能电池——BV100,其体积为15×15×5毫米和笔记本键帽一样大,电压3V,功率是100微瓦。从示意图中能够正常的看到在电池防护层内部串联了3个发电单元。核能电池每分每秒都在发电,每天可产能8.64焦耳,每年3153焦耳,并可以稳定供电50年。由于它是物理电池不存在电化学电池的充放电问题,也没有穿刺起火爆炸的问题,还可在零上120度和零下-60度范围内正常工作。

  这颗电池能应用在消费电子设备、航空航天、医疗设施、智能传感器、无人机和机器人等领域的低功耗应用,尤其是在物联网和智能终端设备中,寻求实现永不停歇的自我供电能力。

  一部普通的智能手机备有一块5000毫安时的电池、标称电压为3.7V。如果用3V、100微瓦的一块核能电池来充电,根据电量和时间的关系计算,需要2000多年才能充满。

  所以目前这颗核能电池还不能用于手机。但如果并串联多个发电单元,让核能电池有更高的输出功率就能满足手机的需求,毕竟核能电池的单位体积内的包含的能量是三元锂电池10倍,所以未来不用充电的手机理论上是能轻松实现的。

  未来可行的技术路线块电池,用核能电池持续给锂电池充电。如果将辐射源换成锶90、钷147或氘等同位素,依据这一些同位素的半衰期不同还能制作而成不同功率、使用寿命2年到30年的核能电池。

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