核电池要来了？美国2000万投资砸向核动力光伏电池

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【 核电池要来了？

美国2000万投资

砸向核动力光伏电池 】

来源：Getty Images

据美国趣味工程网站（Interesting Engineering）近日报道，美国密苏里大学科学家领衔的工程师团队，正致力于开发一种能够在深海、外太空等极端环境中连续运行数月甚至数年而无需维护的核动力光伏电池。

该项目专注于放射性光伏技术，这是一种将核辐射直接转化为电能的电池。与传统电池不同，它无需充电，能为远程应用提供长期稳定的电力。这种微型电池结构紧凑，专为浮标、航天器及远程传感器设计，在这些场合，更换或充电都极为困难。

该项目总投资280万美元（约合人民币1935万元），并获美国国防部高级研究计划局（DARPA）「辐射到瓦特」（Rads to Watts）计划支持。项目研究人员表示，该项目旨在探索将核辐射能量直接转化为电能的新方法，目标是每公斤质量产生 10 瓦的电力，并指出这比目前的光伏系统具有更高的功率密度。

这种辐射光伏电池的工作原理类似太阳能电池，但它利用的是放射性衰变而非阳光。太阳能电池板将光子转化为电能，而放射性光伏装置则利用放射性物质释放的带电粒子。这使得电池可在阳光不足或无法利用的环境中运行，为需要不间断供电的长期任务提供了新的可能。

来源：City Labs

核电池（nuclear battery）又称原子电池（atomic battery）或放射性同位素电池（radioisotope battery），是一种利用放射性同位素衰变放出载能粒子（如α粒子β粒子和γ射线）能量或由它们引发的热效应、光效应或电离作用等来产生电能的一种装置。

核电池是利用射线能量来产生电能，其工作原理不似核裂变或核融合会产生致命性核辐射，核泄漏的问题处理起来较为容易。例如，用于心脏起搏器的核电池可直接植入人体，只要做好密封保护并不会对人体造成任何伤害。

此外，核电池衰变时放出的能量大小与速度不会受到温度、压力与电磁场等环境因素的影响，具良好的抗干扰性，能稳定运行数十年，这些特性是其他型式电池系统无法企及的。

1956年，美国率先制定了“核辅助动力系统计划”，并于1961年成功地发射了配备放射性同位素热电发电器（radioisotope thermoelectric generator, RTG）的导航卫星。同时，中国与俄罗斯等国亦投入相关技术的开发，迄今放射性同位素电池的换能方式已发展出十余种不同型式。

过去六十年间，核电池已成功运用于军事卫星、水下监听器与偏远难以派人值守的导航、气象探测设施。由于其工作时间可长达数年，且毋须人力进行看管与进行维护，燃料电池、化学电池与太阳能电池难以望其项背。

但是目前核电池的能量转换效率偏低，即令技术发展成熟的RTG，其能量转换效率仍仅在5%到10%之间，造价昂贵与放射性污染等问题，使得其运用受到相当程度制约。

来源：DARPA

这一次，密苏里大学领导的科研团队致力于研发采用氧化镓（一种半导体材料）的器件。与传统材料相比，氧化镓具有更强的抗辐射能力。这一特性有望提升器件的效率和使用寿命。

托莱多大学科学家正主导模拟研究，为器件的构建提供指导。这些模拟将在甄选出最佳器件结构、确保达到性能指标方面发挥关键作用。此次合作还汇聚了宾夕法尼亚州立大学、休斯顿大学、海军研究实验室等多家机构，整合了材料科学、建模与器件工程等多领域专家。

该项目旨在通过提高功率密度和增强耐久性，推动放射性光伏更接近实际应用，尤其是在传统电池无法胜任的场景中。

支持该项目的“辐射到瓦特”计划是由美国国防高级研究计划局（DARPA）发起的一项科研竞赛，旨在探索利用辐射光伏（也称放射性光伏）技术将核辐射能量直接转化为电能的新方法。

该竞赛接受任何辐射源，从自然衰变的放射性同位素到发射中子和伽马粒子的反应堆均可使用，旨在发展千瓦级的高功率电能输出技术，为恶劣或偏远地区设施提供长期与稳定的电源。

（来源：Interesting Engineering、科技日报、EE Times；整理：Penn）

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