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研制新能源電池是各國研究團隊追逐的熱點方向。近期，來自日本的研究人員開發(fā)出一種利用核燃料副產(chǎn)品——貧鈾的可充電電池，它有望緩解風能和太陽能的間歇性問題。

鈾濃縮加工成核燃料的過程中會產(chǎn)生濃縮鈾以及副產(chǎn)品貧鈾(depleted uranium)。

貧鈾所含的可裂變核素鈾-235(自然界唯一能發(fā)生可控裂變的同位素)較少，本身無法再被用作反應(yīng)堆燃料，屬于廢料；但它具有微弱放射性，其化學毒性與天然鈾相當，高劑量接觸會損傷腎臟，因此不可隨易棄置，只能封存處理——日本核電產(chǎn)業(yè)遺留的1.6萬噸貧鈾就是個典型案例，美國能源部則存有約75萬噸貧鈾。

值得一提的是，憑借高密度特性，貧鈾已被用于穿甲彈和醫(yī)療輻射屏蔽等領(lǐng)域。而現(xiàn)在，來自日本原子能研究開發(fā)機構(gòu)(JAEA)的科學家團隊竟成功將貧鈾轉(zhuǎn)化成可充電電池！

團隊表示，這種可充電鈾電池稱得上全球首創(chuàng)，其充放電性能已經(jīng)得到驗證，未來有望替代大容量鋰離子電池，幫助風電場和太陽能電站等可再生能源設(shè)施穩(wěn)定輸出電力。

“雖然仍處于早期研發(fā)階段，但該技術(shù)或可將核廢料轉(zhuǎn)化為資源。”

JAEA團隊于今年3月公布了研發(fā)成果，并就電池技術(shù)作出概述。雖然未透露后續(xù)將在何時何刊發(fā)表包含詳細信息的論文，但他們明確介紹了一些關(guān)鍵技術(shù)細節(jié)：原型是一種液流電池，可將能量儲存于兩個裝有液態(tài)電解液的儲罐，兩罐電解液各帶正負電荷，罐體越大，電池容量越高。液流電池是一種非常適合風能、太陽能等間歇性可再生能源的儲能技術(shù)。

電解液被泵入電池堆后在電極處發(fā)生反應(yīng)、產(chǎn)生電能。原型電池使用鈾作為負極的活性材料，鐵作為正極活性材料。電解液由有機溶劑和含陰陽離子的鹽類混合而成，在100°C以下呈液態(tài)。

大約25年前，日本東北大學和京都大學的學者就曾提出可充電鈾電池的構(gòu)想。

JAEA的研究員大內(nèi)一樹(Kazuki Ouchi)表示，他們最新設(shè)計的這種鈾電池的關(guān)鍵突破在于引入鐵元素，即利用不同氧化態(tài)的鐵離子穩(wěn)定電解液；將鐵電解質(zhì)與鈾電解質(zhì)結(jié)合后，電池實現(xiàn)了1.3伏工作電壓。

1.3伏的單電池電壓已接近普通1.5伏堿性電池的水平，足以點亮小型LED燈。此外，充放電循環(huán)10次幾乎無損電池性能，這展現(xiàn)了穩(wěn)定性。

在充放電循環(huán)過程中，鈾電解液的顏色從綠色轉(zhuǎn)變成紫色，又從紫色切回藍色，這反映了氧化態(tài)的變化。

當被問及貧鈾的安全隱患時，團隊表示可通過特定屏蔽措施解決問題。

大內(nèi)一樹指出：“就實驗室規(guī)模的原型電池(含約3毫升電解液)而言，其鈾放射性不構(gòu)成威脅。當然，鈾放射性雖低卻也不可忽視?！眻F隊計劃評估電池輻射量，并研究大容量設(shè)計的屏蔽結(jié)構(gòu)。

另一方面，團隊目前正開發(fā)包含電極的液流電池，以追求更高容量。更大規(guī)模設(shè)計將使用650噸鈾，儲能達3萬千瓦時，相當于日本3000戶家庭日用電量。

牛津大學專家戴維·豪伊(David Howey，未參與相關(guān)工作)評價稱：“鈾電池作為非水電解質(zhì)性能的測試案例，帶來了令人驚喜的新東西，但其安全性和重量問題也不可忽視?！?/p>

鈾電池還將面對來自現(xiàn)有技術(shù)的競爭。現(xiàn)有的固定儲能技術(shù)，例如鋰離子電池和液流電池，經(jīng)過了多年發(fā)展和規(guī)模擴展，比新技術(shù)更具成本優(yōu)勢。

豪伊說道：“任何新技術(shù)都必須提供一條能通過規(guī)模化將成本控制到極低水平的路徑。就可充電鈾電池而言，這條路徑是什么，以及它在環(huán)境和政治層面是否可接受，都還不明確?！?/p>

大內(nèi)則認為，在以核電為能源政策基礎(chǔ)的國家，隨著發(fā)電量增加，預(yù)計貧鈾存量未來也將不斷增長，它們給鈾電池供應(yīng)充足原料。

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