近日，來自大邱慶北科學(xué)技術(shù)院的科學(xué)家們?nèi)〉靡豁?xiàng)重大突破——他們成功研發(fā)出一種使用放射性碳的微型長(zhǎng)效核電池。這種電池或能讓設(shè)備數(shù)十年無需充電，為我們帶來更安全、清潔的能源未來。

當(dāng)前，大多數(shù)可充電鋰離子電池存在明顯缺陷。從手機(jī)到汽車，這些電池充滿電后往往只能使用數(shù)小時(shí)或數(shù)天，而且隨著使用時(shí)間增加，性能逐漸下降，充電頻率也越來越高。不僅如此，鋰離子電池還存在環(huán)保問題，鋰礦開采能耗大，電池不當(dāng)處理會(huì)破壞生態(tài)系統(tǒng)。在如今這個(gè)日益互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的時(shí)代，人們急需更耐用、可持續(xù)的電池解決方案。

在此背景下，大邱慶北科學(xué)技術(shù)院的教授Su-Il In及其團(tuán)隊(duì)將在2025年3月23日至27日舉行的美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)春季會(huì)議上展示他們的研究成果。他們研發(fā)的核電池利用放射性碳作為能源，放射性碳是核電站的一種安全且儲(chǔ)量豐富的副產(chǎn)品。

這種新型核電池的工作原理是利用放射性物質(zhì)發(fā)射的高能粒子產(chǎn)生電能。研究人員使用的碳-14是碳的一種不穩(wěn)定放射性同位素，也就是放射性碳。它只會(huì)發(fā)射β射線，而且價(jià)格低廉、容易獲取，還便于回收。由于放射性碳降解速度極慢，從理論上講，這種電池可以持續(xù)使用數(shù)千年。

為了提高電池的能量轉(zhuǎn)換效率，研究團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)上進(jìn)行了多項(xiàng)創(chuàng)新。他們使用了基于二氧化鈦的半導(dǎo)體材料，這種材料常用于太陽(yáng)能電池，并且用釕基染料進(jìn)行敏化處理，還通過檸檬酸處理加強(qiáng)了二氧化鈦和染料之間的結(jié)合。此外，新型電池在染料敏化陽(yáng)極和陰極都使用了放射性碳，這種雙電極設(shè)計(jì)增加了β射線的產(chǎn)生量，減少了β輻射能量損失。經(jīng)過測(cè)試，該電池的能量轉(zhuǎn)換效率從之前的0.48%大幅提高到了2.86% 。

這種長(zhǎng)效核電池具有廣泛的應(yīng)用前景。例如，它可以讓心臟起搏器使用終身，避免了患者進(jìn)行手術(shù)更換電池的痛苦和風(fēng)險(xiǎn)。不過，目前這種電池的性能與傳統(tǒng)鋰離子電池相比仍有差距，它只能將一小部分放射性衰變轉(zhuǎn)化為電能。Su-Il In表示，未來通過優(yōu)化β射線發(fā)射器的形狀、研發(fā)更高效的β射線吸收器等方式，有望進(jìn)一步提升電池性能。

隨著人們對(duì)氣候變化的關(guān)注度不斷提高，核能的公眾認(rèn)知也在發(fā)生變化。以往，核能通常與偏遠(yuǎn)地區(qū)的大型發(fā)電廠聯(lián)系在一起，而現(xiàn)在這種新型核電池的出現(xiàn)，意味著安全的核能可以被應(yīng)用到像手指大小的設(shè)備中。

該研究由韓國(guó)國(guó)家研究基金會(huì)以及韓國(guó)科學(xué)和信息通信技術(shù)部的大邱慶北科學(xué)技術(shù)院研發(fā)項(xiàng)目資助。此次核電池的研發(fā)成果，是邁向核電池實(shí)際應(yīng)用的重要一步，或許在未來，它將徹底改變我們的生活和能源使用方式。

參考資料：《scientists-just-built-a-battery-that-never-needs-charging》