终极电池出现了？俄研制出500瓦核电池，何时能用到电动汽车上？

俄罗斯小型核电池方面的技术一直领先世界，但是即便研制出500瓦的钚同位素核电池，运用到日常生活中也还有很长的路要走，更别说用在汽车和手机上了，在航天活动中使用倒是实打实的“黑科技”。而影响其推广使用的最重要原因就是价格、能源密度和安全防护问题。

（微型核电池）

“核电池”又叫“放射性同位素衰败电池”，它主要依靠放射性元素的自身衰变产生热量，然后通过热电材料将热能转化为电力。

目前，供应核电池的同位元素主要有三种：Po-210（半衰期138天）、Sr－90（半衰期28年）、Pu－238（半衰期89.6年），运用在航天器的核电池中，放射性元素基本上都指的是钚-238。

（核电池原理图）

核电池被科学家们认为是蓄电池的终极形态，因为其不需要充电，就可以使用上百年，甚至上万年。

因此，从1959年美国人研制出第一枚核电池之后，就广泛运用于航天领域，尤其是NASA发射的火星探测器中就安装了核电池，因为火星上太阳能发电受灰尘影响，并且温差大于100℃，一般太阳能电池板和化学电池很难正常工作。

但是，近些年核电池的研制工作几乎停滞不前，主要原因还是遇到了瓶颈：

（毅力号火星车安装了核电池）

第一，能量密度不大，功率普遍不高。

目前，核电池用在航天上，主流的版本是110We/20Kg水平，这个能量密度还不如先进的锂电池，发电效率只有10%，价格昂贵。如果运用到电动汽车等领域，总重量很大，成本还高得惊人。

假如安装5台核电池到电动汽车上，那么电池重量就达到了100Kg，功率才550瓦，算下来一天才发13.2度的电，可供汽车行驶70公里左右。

（钚-238经常被用来制作核电池，用于太空探索）

而制造这样的一个核电池就需要4Kg钚，造价需要300万美元，再加上附属设备，成本就要400万美元。

所以，目前能使用这样核电池的只有航天、航海以及军事领域。NASA的“毅力号”火星车就安装了一枚100瓦的核电池，重量45Kg，设计寿命14年，算是较为先进的水平了。

这次俄罗斯国立核能研究大学—莫斯科工程物理学院激光和等离子体技术学院的工程师和科学家研制的“可用80年年的核电池”其实也没什么稀奇的，因为钚-238的半衰期就有89.6年。只不过能将功率做到500瓦，重量再做得更轻的话，就是颠覆性的创举了。

（钚-238放射性同位素原料）

目前，该核电池只是原型机，按照此前该机构发表的论文，可能在能量密度上有所提升，具体还要等工程样机、量产机出来之后再做评定。

在技术上来说，衰变过程中的能源转换还是有很多工作可以做，提高转化效率不是问题，难在提升的程度上，至于到底有多大进展，还是让我们等待最终的数据公布。

第二，钚-238核电池属于高反射性物质，民用存在门槛。

NASA在1977年发射的“旅行者”1号探测器已接近太阳系边界，即将飞入未知的恒星际空间，其关键来源就是由长效的“放射性同位素热电发生器”（缩写为RTG）提供的。这组以钚-238为主要原料的核电池支持了“旅行者”1号主推进器成功点火31.8万次。

（“旅行者”1号示意图）

因为同位素衰变的能量大小和释放速度与外界环境无关，因此在环境恶劣的太空供电，其抗干扰性能强、可靠性有保障，使其成为航天器远离太阳或者工作环境恶劣的首选。

现在，处于太空、深海、远洋等环境恶劣的地方，人工需要供电装置在这样地方都考虑使用核电池，这样可以保障设施稳定运行，其减少维护成本。军事上将核电池供电的监测器、自动设备等放置到深海，因为其可以耐受5—6km深海高压,对于建立深海监测网，十分有利。

（祝融号火星车没有安装核电池，还在等待时机苏醒）

但是，钚-238属于高放射性物质，人体吸入一小粒灰尘都可能引发致命的癌症，运用到日常生活中就需要防止射线伤害，以及破损之后的辐射污染。

为了保证安全，科学家们需要对钚-238同位素电池进行大量苛刻的环境试验，包括模拟火箭发射和着陆环境的冲击振动试验、模拟再入大气层的高温试验、模拟海水长期浸泡的腐蚀试验等。

（冥王星探测器“新视野号”搭载的“放射性同位素热电产生器”）

历史上，美国和苏联还因为带有核电池航天器发射失败，造成污染的事故。美国因此规定了核电池不允许运用于近地任务，并且使用核电池发射太空任务需要总统的批准。苏联还曾因为“宇宙954”卫星坠毁于加拿大，造成了放射性物质泄漏，做出了巨额赔偿。

因此，俄罗斯的这次突破实际上也是为航天活动准备的，当然也可以应用于其他远离人群的领域，可惜不能使用在日常生活中。

但是，基于核电池良好的使用前景，科学家们还一直在研究和推进。也取得了一系列成果，尤其是在医学方面。

（核电池原理图）

第三，微型核电池已经应用于医学等领域。

中国曾经从俄罗斯购买过一枚钚-238的放射性同位素电池，大小相当于2节5号电池大小，输出的功率只有500mW，可以使用200年，但花了近3000万人民币。

从1971年中国科学院上海原子核所研制出第一枚核电池之后，在此方面的研究一直没有中断，但是整体进展还是很慢。2013年发射的“嫦娥三号”探测器使用的还是从俄罗斯购买的核电池。

（心脏起搏器上使用的微形核电池）

而在核电池民用上，实际上有很多进展，尤其是医学领域实际上已经广泛使用核电池。不过这类核电池其实是微型产品，应用在心脏起搏器的核电池只有18立方毫米，也就相当于一颗黄豆大小，重量100多克，使用了150毫克的钚-238作为放射源，可以持续供电10年以上，免除了开胸手术换电池的痛苦。其他诸如脑起搏器等，也使用了类似产品。

近些年，氢的同位素氚作为放射源的电池也已经被研制出来，因为其利用的是氚的β衰变，因此辐射传统能力很弱，几张A4纸厚度就可以遮挡。

（美国公司研制的氚电池）

并且早在2021年，在电商平台上就收售卖，号称20年不断电，就是价格有点感人。生厂商是美国的City labs公司，它算是氚电池研究行业中的“鼻祖”。

（氚电池原理图）

中国也有一家公司正在尝试制作基于氚气光敏电池的充电宝，据称已经准备进行小批量试制，产品性能可以达到12V1A。但是距离消息传出来已经近3年时间了，目前还没有看到量产的产品。

实际上，基于不同放射源的核电池都在被尝试制造，也有不少的工程样机出现，但是真正走出实验室，进入寻常生活的例子除了起搏器方面，还真不很多。

（俄罗斯研制的手持“核电宝”）

未来，大型核电池的突破肯定不会少，因为深空探索亟需解决能源供给问题，而同样微型的核电池在解决安全、能源转换效率和成本之后也会更多，因为刷手机的人们已经不允许电量低于90%。在巨大的需求面前，技术革新往往是最快的。

（美国正在试验的微型核反应堆）

不过，科学家们也开始了微型核反应堆的测试工作，如果一切顺利，很快就有“核动力”的航天器遨游太空，假以时日将微型核反应堆放进手机里，也不会太远，科技的发展往往就是基于需求和疯狂的想象力。