揭秘民用核电池：50年稳固自觉电，理想还是现实？

界面消息记者 | 戴晶晶

想象一个不再受限于电池续航本领的将来：智能手机无需再充电，无人机可以大概长期飞行，各种人工智能装备、医疗东西和微型机电体系等都能在不绝止的运行中发挥最大效用。

迩来，一家位于北京的初创企业——北京贝塔伏特新能科技有限公司(下称北京贝塔伏特)公布，该公司已乐成研制出民用微型原子能电池，能50年稳固自觉电，无需充电或维护，将来推向市场的产物可以资助实现以上优美的假想。

原子能电池是一种物理电池，又称核电池或放射性同位素电池，是将放射性同位素衰变时开释能量转换为电能的一种装置。

该公司将推出的首款产物为BV100，功率100微瓦，电压3V，体积是15x15x5立方毫米，比一枚硬币还小。

北京贝塔伏特表现，这是环球首块即将量产的核电池。从技能层面看，这也标记着中国同时在原子能电池和第四代金刚石半导体两个高新技能范畴取得颠覆性创新，“遥遥领先”西欧科研机构和企业。

远景看起来很优美，但仍有许多未解之处。这家“横空出世”的北京贝塔伏特公司是什么来头？该产物真的具有突破性吗？安全性怎样？早已问世的核电池，为何民用进程迟迟无法推进，又何论颠覆锂电池？

BV100的部件构成，图片泉源：北京贝塔伏特

一、核能电池是什么？

核电池不是什么奇怪事物，已履历了一个多世纪的发展，并被人们乐成应用在了航空航天和医学等范畴。

由于放射性同位素衰变过程一连不绝且不受情况影响，核电池通常具有稳固可靠、无需人工干预和能量密度高等上风，且部分放射源半衰期长达几十年或几百年，能包管核电池有较长的工作寿命。

技能最成熟且最早应用核电池种类为放射性同位素温差发电机(RTG)，已在诸多航空项目中摆设，如美国1977年发射的“观光者1号”航天器就携带了将钚-238作为燃料的RTG，助力其成为离地球最远和飞行速率最快的人造卫星。

2013年和2018年，中国发射的嫦娥三号、四号月球着陆器上也搭载了RTG同位素电池。

RTG属于热转换式核电池，是将衰变产生的热能转换为电能。但由于RTG体积很大，且造价高昂，应用范畴有限，因此科学家开始研制小型RTG和接纳其他能量转换模式的微型核电池，并同时寻求更高的转换服从和安全性。

二、民用核能电池盼望怎样？

非热转换式核电池是指将放射性同位素放出的带电粒子或产生的衰变能直接或间接地转换成电能，此中辐射伏殊效应核电池受到较多关注，随着半导体质料的发展，被以为具有贸易化潜力，通常利用β射线源。

早在十多年前，美国佛罗里达州City Labs实验室就乐成研发了一种以氚为基料的辐射伏殊效应核电池，名为“Nano Tritium”。氚是一种氢同位素，会自觉地发生β衰变。

该电池号称可以一连工作至少20年而不必要充电，乃至2013年在中国的电商平台上以6980元的代价出现，标注为“无辐射的民用核电池”。

City Labs实验室官网表现，现在其NanoTritium电池系列产物可以为纳米瓦和微瓦装备供电，用于贸易或科学用途。每块电池的根本代价为5250美元起(约合人民币3.77万元)，批量订购提供扣头。

该公司同时表现，由于核电池当前应用有限，一样平常平常人没有来由购买，以是它通常与对该技能感爱好的企业或科学构造打交道。

别的，英国公司Arkenlight和美国加州的新能源初创公司NDB均聚焦碳-14同位素，通过辐射伏殊效应开辟钻石核能电池。

Arkenlight承认，该电池供电本领有限，无法驱动手机或汽车，但盼望可以用于低耗电的高功率装备或传感器中。该公司操持2024年将电池产物装载在装备上。

NDB则在2020年就宣称其研制的电池可以网络40％左右的电荷，在不必要充电的情境下，一连利用时间能到达2.8万年。但停止现在，该公司还未公布产物的商用。

无论是Arkenlight还是NDB，它们研制的核能电池，均处于前期开辟阶段。

3、北京贝塔伏特是什么来头？

据界面消息相识，北京贝塔伏特建立于2021年4月，注册地为亦庄经济开辟区。法人是俄罗斯人穆索夫·扎乌尔(MUSOV ZAUR)，中文名张伟，同时继承该公司董事长兼CEO。

天眼查APP表现，1月15日，北京贝塔伏特更新注册信息表现，公司注册资源1亿元，实缴资源530万元。此前，该公司注册资源为10亿元。

“现在CEO和负责底子研发的专家都回俄罗斯了，等春节后会有正式面向外界的先容。”北京贝塔伏特一位不愿具名的负责人对界面消息表现，具体产物将在今后亮相。

从北京贝塔伏特申请的专利来看，该公司技能重要来自于俄罗斯的团队。上述负责人表现，该公司属于中国内资公司，总部在北京，将来将在莫斯科设立分公司。

该专利名称为《一种核电池及其制造方法》，现在处于实质检察状态。

图片泉源：天眼查

北京贝塔伏特表现，它既是一家新能源公司，也是一家第四代半导体和超长碳纳米管新质料公司。

“核电池、金刚石半导体和超等电容器，三大技能和质料链接与融合，形成了贝塔伏特的焦点技能和创新本领。”该公司称。

客岁11月，四川绵阳市经济相助局官微“投资绵阳”发布的消息表现，当月7日，游仙区2023年第四序度项目会集签约仪式举行，此中游仙区与北京贝塔伏特公司签约50亿元的创新高科技项目战略相助协议框架。

图片泉源：北京贝塔伏特官网

4. 北京贝塔伏特的产物是什么？

北京贝塔伏特研发的核电池也是一种辐射伏殊效应电池，通过放射源镍-63发射的β粒子(电子)的半导体跃迁产生电流。

为此，该公司开辟了一种单晶金刚石半导体，厚度为10微米，把一个2微米厚的镍-63薄片放在两个金刚石半导体转换器之间，将放射源的衰变能量转化为电流，形成一个独立的单位。

北京贝塔伏特表现，高服从金刚石转换器是制造核电池的关键，该公司电池的焦点是第四代金刚石半导体。该公司也是环球现在唯逐一个可以大概掺杂制作大尺寸金刚石半导体质料的公司。

“核电池是模块化的，可以由几十个或几百个独立的单位模块构成，并可以串并联利用，因此可以制造差别尺寸和容量功率的电池产物。”该公司称。

这与俄罗斯此前公布的技能根本划一。

2018年，俄罗斯科研团队制作了包罗镍-63和金刚石能源转换器的核电池原型，论文发表于《DIAMONDANDRELATEDMATERIALS》期刊。

该团队的结论是，如果将镍-63夹在厚度为10微米的金刚石二极管之间，镍-63层在厚度仅为2微米时最有效。这一核电池原型在0.9V时，实现了约0.93微瓦的最大输出功率，体积为5x5x3.5立方毫米。

1微瓦已充足为心脏起搏器提供动力。

现在尚不确认，北京贝塔伏特公司与上述俄罗斯科研团队的关系。

北京贝塔伏特的BV100，功率为100微瓦，即是万分之一瓦。作为对比，当前手机在重负载下的典范功耗是8瓦，平常约为5瓦。

该公司操持在2025年推出功率为1瓦的电池。如果乐成推出，这将是现在功率最大的民用核电池。

该公司负责人对界面消息表现，这将通过金刚石半导体尺寸改变，核同位素质料变革和P-N结技能的接纳来实现。

“1瓦的电池绝对不是1万块100微瓦的电池叠片在一起，是新技能和新质料的创新组合。”该负责人称。

对于北京贝塔伏特推出的核电池，某高校物理学教授向界面消息表现，放射源管理严酷，且资本高昂。别的，金刚石半导体工艺复杂，现在国内还没有N型掺杂工艺的技能突破。

5、这款产物安全吗？

核辐射是核能利用的主要思量因素，核能电池范畴也存在着肯定安全风险。比方，钚238除了本身具有放射性外，本身也是剧毒物质。

1964年，美国发射Transit-5BN-3卫星失败，在重返大气层时燃烧美体，其同位素电池中的钚238燃料开释到大气中，造成了非常严峻的污染。

现在，α和β衰变核素衰变过程中开释的粒子射程相对较短，辐射较容易隔绝。

北京贝塔伏特公司表现，该公司开辟的原子能电池绝对安全，没有外部辐射，适当用于人体内的心脏起搏器、人工心脏和耳蜗等医疗装备。同时，在衰变期后，作为放射源的镍63同位素变成铜的稳固同位素，不具有放射性，对情况不构成任何威胁或污染。

上述物理学教授表现，单从放射性角度来讲，贝塔辐射电池中纯β粒子射程非常短，不存在安全性的标题。如果北京贝塔伏特利用镍-63来制作电池，核电池本身辐射防护的安全性可以包管。

6、能颠覆锂电池吗？

思量到镍-63的半衰期为100年，BV100并非不大概实现50年的利用寿命。

根据吉林大学李潇祎、陆景彬等学者2020年12月发表在《原子核物理品评》文章的先容，β辐射伏殊效应核电池的寿命重要取决于两部分：一是能量斲丧情况，由放射源的特性决定，称为理论寿命；二是辐射损伤情况，由半导体质料及期间的团体特性决定，称为工作寿命。

北京贝塔伏特表现，该公司研制的核电池每克约有3300毫瓦时的电力，能量密度是三元锂电池的10倍以上。

这引发了核电池将颠覆锂电池行业的讨论。

上述物理学教授表现，原理上核电池能量密度是可以比锂电池高出许多倍，但并不代表核能电池可以大概在全部范畴有效代替锂电池。别的，锂电池现在也有许多研究盼望，出于安全性和资本等思量，核电池不太能短期内涵民用方面代替锂电池。

从汗青上看，由于低性价比和安全性，现实上锂电池一度代替了核能电池。

上世纪70年代，有公司将钷147同位素用于心脏起搏器，固然钷147同位素也属于β衰变，但过程中会开释γ射线，必要增长大量资本屏蔽辐射。别的，病人去世后火化也大概出现放射性物质的走漏标题，于是锂电池代替核电池应用在这一范畴。

7、量产远景怎样？

除了在技能上的不确定性，上述物理学教授指出，放射源管理严酷，如需量产获取渠道会是一个大标题。

根据中国《放射性同位素与射线装置安全和防护条例》和《放射性同位素与射线装置安全允许管理办法》，放射源的宽免必须持有存案证实文件，须颠末审批。

从资本来看，镍-63同位素不存在于自然界，必要通过在核反应堆内照射镍-62等处置惩罚才气得到。根据《国际核工程》期刊网站的文章，1克放射性镍-63的代价约为4000美元(约合人民币2.87万元)。因此，如能实现量产，上述核电池的售价会很高。

不外，镍-63放射性较低，生态情况部比年也有给部分企业仪器中镍-63放射源实验宽免管理的例子。

面对近期的质疑，该公司负责人对界面消息表现，手机等快消品不是北京贝塔伏特迩来两三年要服务的市场，要综合各方面的思量：一是要看国家法规，标准和财产政策，二是看电池各项性能的进一步突破，三是看资本怎样不绝低沉。

“心脏起搏器，微型无人机和微型机电体系也属于民用范畴。”该负责人称。

北京贝塔伏特公司称，已经与中国专业核研究机构和大学举行沟通，操持继承研究接纳锶90、钷147和氘等同位素，研制更高功率、利用寿命为2-30年的原子能电池。