韩国研究人员开发出新一代半永久性电池技术

大邱庆北科学技术研究院（DGIST）能源科学与工程系 Su-il In 教授领导的研究小组成功开发了双位放射性同位素染料敏化光伏电池，这是一种无需充电的下一代半永久性电池。研究团队预计，这项技术将成为推动韩国未来发展的关键技术之一，帮助韩国在相关材料、零部件和设备方面取得领先地位，从而在未来的太空、深海、医疗保健、电动汽车和无人机等各个领域的市场中占据领先地位。该研究发表在 Journal of Power Sources 杂志上。

以物联网（IoT）、网络物理系统和人工智能（AI）为代表的第四次工业革命发展势头迅猛。虽然这种快速增长凸显了电池技术作为平台能源的重要性，但由于目前市售电池技术的局限性，包括锂和镍等原材料成本上升、与发热和耐用性相关的安全问题以及二次电池性能有限，开发新一代电池变得越来越有必要。

最近，人们对作为下一代电池的光伏电池越来越感兴趣。Betavoltaic 电池是一种装置，当放射性同位素（如碳、镍和氢）发射的 β 射线电子撞击作为辐射吸收体的半导体时，该装置就会产生能量。Betavoltaic 电池的一些最大优点是，电池可以自行发电，无需外部电源和更换，而且由于放射性同位素的半衰期较长，电池具有半永久性的寿命。

此外，β 射线是 betavoltaic 电池的主要能量来源，对人体的危害比伽马射线小，而且非常稳定。由于这些优点，美国和中国等主要国家已对贝塔光伏电池进行了许多研究。然而，由于许多限制因素，包括材料成本和复杂的制造工艺和技术，这种电池的开发十分困难。

在这种情况下，研究小组开展了一项研究，以开发具有价格竞争力和高效率的 betavoltaic 电池。Lee 的团队没有使用昂贵的半导体材料作为光伏电池的辐射吸收剂，而是利用了钌 (Ru) 族的 N719 染料、放射性同位素 14-柠檬酸 (14CA) 和二氧化钛 (TiO2)。

研究小组将柠檬酸合成为碳同位素纳米粒子，以提高能量密度，并将柠檬酸添加到 N719 染料和二氧化钛之间，形成牢固的结合，从而实现高能量转换和稳定性。

团队分析了他们新开发的双位放射性同位素染料敏化光伏电池的性能。分析结果证实，这种电池产生的电子数是其发射电子数的658500倍，可稳定发电100小时。与该研究小组在2020年开发的光伏电池相比，新开发的电池的功率转换效率提高了6倍，稳定性提高了10倍。

Su-il In 教授说："这项研究意义重大，因为我们成功地开发出了一种基于廉价染料的新型 betavoltaic 电池。我们将对核电池的批量生产设计和批量生产进行后续研究，以便在未来将该技术商业化"。

本文来源：中国科学技术信息研究所

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