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在你还苦恼手机电池电量不足，需要随身携带充电宝时，有没有猜到过，世界上已经有一款不充电可用2.8万年的电池准备诞生了了呢？  手机电量不足常常使人们十分困扰 早在2020年8月，美国加州的新能源初创公司NDB就宣布，核动力电池的研究和调试取得了新的进展，电池的最常使用寿命达到了万年级别。  美国新能源公司NDB的核动力电池 今天，我们就来了解一下关于该核电池研究方面的相关情况，看看这种进展是否意味着充电将成为历史呢。 核动力电池的新进展随着传统化石能源的地位不断降低，电化学储能成为了人们生活中非常重要的一种形式，尤其是在“电车”的发展之下，新型的电池就成为了人们关注的焦点。在一众新型电池当中，核动力电池因为能量密度高、工作稳定可靠等优点，成为了人们研究的重点。 核动力电池，也叫放射性同位素电池。它并非如核电厂一般，利用核裂变原理“发电”，它的本质其实是利用其中放射性同位素衰变时产生的能量，再将其转化为电能。  核动力电池与放射性同位素衰变 在知晓了核电池的原理之后，我们再来看看这家公司在核电池研究方面，取得了怎样的进展。原来，早在2016年时，这个公司就推出了“金刚石版本的电池”，此后便一直以此为基础进行研究。 到了2021年，他们便向外界正式宣布，在以核废料提取物为基础的情况下，制造出了一种名为纳米金刚石电池的全新电池。  NDB推出的纳米金刚石电池 根据NDB的介绍，这款电池可以收集40％左右的电荷，在不需要充电的情境下，持续使用时间能达到2.8万年。 这一消息一经公布，立马就在“新型电池研制领域”掀起了轩然大波，毕竟使用寿命如此之长的电池，若是真的投入使用并实现量产，对于其他的电池来说，无疑是降维式打击。  新款核动力电池将对其他电池造成打击 那么，这个所谓的纳米金刚石电池到底是什么呢？ 纳米金刚石本身指的是粒径在1到100纳米的金刚石晶粒，之所以使用这种级别的金刚石，主要是看中了它的纳米微粒性能。 根据资料来看，纳米金刚石有四大效应，分别是小尺寸效应、量子隧道效应、表面效应和量子尺寸效应，有这些独特的效应在加上金刚石本身“很硬”的外部性能，就能让其将试图外溢的“射线”牢牢的锁在里面。  纳米金刚石电池的基本结构 而从作为该电池制造基础的核废料物质成分来看，它其中有大量的碳-14放射性同位素，在这种情况下，科学家只需要对其进行提取，然后再经过特殊的处理，就能让其变为核动力电池且正常发电了。  电池里的放射性元素从核废料中提取 那么，该公司宣布的这项令人震惊的进展，真的可以让我们从此迈入“不充电”时代吗？ 充电真的会成为历史吗？其实若是单以2.8万年的电池寿命来说，它还真的有机会开启“不充电”时代，毕竟这一年限，从祖宗十八代开始使用都绰绰有余了。可事实上，这个新款纳米金刚石电池的使用寿命并没有说得那么夸张。 因为这一电池的本质是利用了电子放射性衰变之后产生的热能，从理论上来说，一级反应的碳-14半衰期大约为5730年，而此时再结合放射性反应和衰变公式，持续使用2.8万年确实不是“梦”。  半衰期计算公式 问题是这期间它的电流是不稳定的，更不如大家想的那样高，微电流出现的频率非常高，而这些微电流是无法解决我们的需求的。因此，“不充电可使用2.8万年”在理论上确实能满足，可于现实中，却不具备太大的可操作性。  该电池的电流并不稳定 目前核动力电池取得的进展，还不足以直接让充电成为历史，只有等到其再被改造升级之后，才能彻底地终结如今的“充电时代”。 但不管怎么说，这种进步对于核电池的发展都是有着积极作用的，而目前，在核电池研究方面，还存在着以下这些科学问题。 核电池研究中的科学问题截至目前，核电池已经经历了一个多世纪的发展，人们在这一过程当中，将其不断完善，并且尝试运用在航空航天领域当中。  核电池的漫长发展历程 比如早在1956年时，美国就制定了核动力辅助计划，简称SNAP，并且在1961年时就成功发射了载有放射性同位素温差发电器的导航卫星。 再看我国，科学家在2006年时将百毫瓦级钚-238同位素电池成功研制了出来，并将其运用在了嫦娥三号和嫦娥四号的探测器当中。  嫦娥三号和嫦娥四号都搭载了核电池 可以说，在各国都聚焦于航天发展的时代背景下，核电池的研究一直未曾止步。而在这个过程当中，大家也发现了许多等待解决的问题。 航天发展迫切需要核电池 第一个就是放射性同位素的选择。比如上文中所说的纳米金刚石电池，其利用的放射性同位素是半衰期为5000多年的碳-14。而在核电池的研发当中，除了要考虑半衰期以外，还要关注比功率、设限种类、最大能量以及放射性核素生产方式的问题。 半衰期可达5000多年的碳-14 以放射性核素生产方式为例，这一点决定了所用放射源的成本。如果直接能从核废料中进行简单的提取，那自然是最好不过了。当然，提纯的过程中，也要考虑到放射性核素毒性的基本情况，若是毒性过强，肯定是不宜拿来作为民用电池的。
第二点就是放射源能量损失途径和自吸收的问题，想让核电池持续不断地发电，我们首先得确保它在发电的过程中不会产生太多不必要的能耗。 核电池的能量转化效率示意图 最后一点则是对核电池的结构进行优化，一般的核电池外层是由合金制成的保护层，次外层则是防止射线泄露的辐射屏蔽层，最里面才具有放射性同位素。可是，这种层层包裹的结构，虽然能保证其安全，却很难进一步提升电池密度。 因此，当NDB公司表示自己研制的纳米级金刚石电池已经进入验证阶段之后，才会让各大媒体争相报道。毕竟以现在的情况来看，他们的新款电池确实兼备了密度和安全性，若是后续的测验没有问题，那么将会在电池界引发全新的革命。 而当核动力电池的发展越来越成熟之后，我们的航天器就能依靠它飞得更远了。关于这一点，美国在1977年发射的旅行者一号就是最好的见证者，因为它所使用的就是核电池。 旅行者一号使用的也是核电池 |
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