球盟会网页登录入口手机或可五十年不用充电中国企业打造手机核能电池近日,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,这种核能电池虽然可以使用几十年,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同功率的电池。这种电池的能量密度是三元锂电池的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球盟会网页登录入口,因此这款电池长期来看无需回收,也不会产生问题。
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。从示意图中可以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。
这颗电池可以应用在消费电子设备、航空航天、医疗设备、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、额定电压为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,毕竟核能电池的能量密度是三元锂电池10倍,所以未来不用充电的手机理论上是可以实现的。
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,根据这些同位素的半衰期不同还能制成不同功率、使用寿命2年到30年的核能电池。
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