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比硬币小的核电池,可放电50年

科技日报记者 杨雪

1月8日,比硬币一家中国公司宣布研制出微型原子能电池——北京贝塔伏特新能科技有限公司(以下简称贝塔伏特)利用镍63核同位素衰变技术和金刚石半导体,核电池电年将原子能电池小型化、可放模块化、比硬币低成本化。核电池电年这项成就刚获得中核集团2023年创新大赛三等奖。可放

原子能电池,比硬币又称核电池或放射性同位素电池,核电池电年是可放将核同位素衰变释放的能量转化为电能。上世纪60年代,比硬币为了给航天器提供长时间持续的核电池电年能量,美苏相继研发出核电池,可放原理是比硬币核辐射升温,用温差发电。核电池电年这类核电池体积大、可放昂贵,应用场景很少。另一类核电池,可将辐射直接转化为电能——放射性元素衰变中发射的β粒子(正电子)照射半导体,产生电流,但效率很低。

为了更有效率地捕捉β粒子,贝塔伏特的研发团队开发了一种高性能的单晶金刚石半导体,厚度仅为10微米;2微米厚的镍-63薄片放在两片金刚石半导体转换器之间,稳定持续地激发出电荷,一种超长碳纳米管制造的超级电容负责收集这些电荷。 

金刚石由于其优异的物理特性和电特性,被看作第四代半导体的首选材料。然而人工生长大尺寸金刚石以及半导体掺杂,都是亟需攻克的难题。贝塔伏特公司董事长兼CEO张伟表示,他们是全球目前唯一掌握掺杂制作大尺寸金刚石半导体材料的公司。

新式核电池50年稳定发电,无需充电,无需维护,不产生外部辐射,量产投入市场后,将满足航空航天、AI设备、医疗器械、微型机电系统、传感器、小型无人机和微型机器人等长续航场景。如果功率足够,核电池可以让手机不需要充电;小型无人机也可以“永久”滞空。

张伟介绍,他们首个产品BV100电池的功率是100微瓦,电压3伏,体积是15×15×5立方毫米,比一枚硬币还小;公司计划2025年推出功率为1瓦的电池。他们正与国内院校联合研发,采用锶90、钷147和氘同位素,研制更高功率的电池。

核电池的能量密度是三元锂电池的10倍以上,针刺和枪击也不会起火爆炸,-60℃—120℃范围内均能正常工作。

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