核电池研发获突破：从汽车电池到航天器均可用

        美国密苏里大学研究团队近日对外表示，他们已经敲开了新一代水性核电池的大门。该技术应用范围广泛，从汽车电池到航天器，均可使用。该研究成果被刊登在了《自然》杂志上。

        核电池的基本原理是通过辐射释放能量。自上世纪50年代开始，核电池的研究便已开始，并被应用在早期的心脏起搏器上。核电池是安全的，现在，包括卧室内的火灾探测器、建筑物的紧急出口标志等，都有核电池的身影。这些安全设施之所以依赖核电池，是因为该电池的最大特性——寿命超长。无需充电，在十几年内，核电池都能够源源不断提供能量。

        但核电池的缺点也非常明显。首先，其辐射量中仅有一小部分能够有效转化为电荷，能量密度很低。再者，核电池的辐射可能会影响到核电池中的半导体部件。

        核电池的关键在β衰变。在这一过程中，原子核内一个中子转变为一个质子，同时释放一个电子，即β粒子。高能电子束在穿过窗口通道后进入捕获层，半导体材料内部电子将被β粒子激发到激发态，从而形成电子-空穴对，最后形成宏观电压，在拥有回路后，就产生了电流。由于这个机制类似于光伏效应（Photovoltaic），所以用β衰变作为能量源的核电池也被称为贝塔伏特电池（Betavoltaic）。

        为了屏蔽核电池中β射线的影响，过去的研究一直把屏蔽材料的研究聚焦在固体材料之上。但事实上，液体才是目前已知效果最好的屏蔽材料。

        由Jae W Kwon领导的密苏里大学研究团队发现，在将辐射直接转化为电荷的过程中，液体是出色的媒介。此外，在液体中，β射线持续激发的自由基也能发电。

        密苏里团队使用锶90作为核电池的β源，以镀铂的二氧化钛电极来收集能量，并将其转化为电子。值得一提的是，钛在防晒霜和抗紫外线阻断剂中，是常见的元素。

        密苏里团队研发的核电池有水性的半导体材料，在屏蔽辐射的同时，它还能吸收辐射，并将β粒子的动能吸收。当液体吸收辐射的能量时，辐射分解与自由基开始产生，这是一种高度反应但存在时间又非常短暂的化学物种。它们能够被转化为电能，进一步提高了电池输出的功率。

        密苏里团队称，该发现揭示了核电池发电的新机制，并为创造能量密度更高的化学电池铺平了道路。

        Jae W Kwon表示，“水性电池中的离子溶液不易冻结，在非常低的温度下也可以工作。这意味着其应用范围很宽，包括汽车电池。如果包装得好，或许航天器上也能用”。