俄科学家研制出基于镍63的大容量核电池 续航可超百年

尽管锂电池技术已经在人们的日常生活中无处不在，但在能量密度的提升上，它似乎已逐渐接近瓶颈。为了实现“数十年换一次电池”的目标，科学家开始将目光放到新式核电池的开发上，只是当前原型装置的能量密度偏低，距离实用还有一段距离。好消息是，俄罗斯研究人员，刚刚开发出了一种基于镍-63的新型核电池设计，其具有比普通市售电池更高的能量密度。

由于任何散逸的核材料都可能在环境中保持几十年（甚至几个世纪）的危险放射，核电一直存在着极大的争议。

不过基于同样的道理，如果我们能够适当地利用这种特性，就可以让核电装置缓慢而持续地释放出能量：

一些核电池是基于‘射线电池’（betavoltaics）的原理，装置内的放射源衰减并发射 β 粒子（电子和正电子）。

当他们与半导体层相互作用时，就可以产生电流。遗憾的是，尽管这些电池可以长时间地持续提供能量，但第功率密度也意味着只能‘细水长流’。

长时间提供相对较低的能量，使得核动力电源更加适用于那些难以更换电池的应用（比如航天器或起搏器等植入设备）。

在过去几年时间里，我们还见过一种‘锶基核电池’（strontium-based），它能够分解水分子来发电；另有一种寿命长达 20 年的‘纳米氚’（NanoTritium）电池。

不过由莫斯科物理技术学院（MIPT）、超硬和新型碳材料技术研究所（TISNCM）、以及国家科学技术大学 MISIS 联合开发的新式核电池，却采用了基于镍-63的设计。

该放射性同位素的半衰期超过了 100 年，研究团队设计了一种崭新的布局，以提升电池的功率密度。他们确定，如果将它包裹在 10 μm 厚的三明治结构中，镍-63的最有效层厚度为 2 μm 。

在他们的原型中，包含了 200 个这样的‘钻石能源转换器’，并实现了 1 μW 的输出功率。换算的能量密度为 10 μW/cm³，意味着它可以为一个现代的心脏起搏器提供动力。

考虑到镍-63的半衰期，该核电池拥有 3300 mWh/g 的能量密度，是传统化学电池的 10 倍以上。

此外，研究人员开发了一种更高效的方法，能够以最小的损耗来批量生产钻石薄层。虽然生产镍-63在很大程度上可能是棘手的，但团队对 10 年后的工业化规模生产很有信心。

在未来，该团队计划继续改进核电池的设计，并已确定了一些提高电池功率的方法。其中包括富镍-63、改变钻石转换器的结构、以及给予这些转换器更大的表面积。