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以核废料为动力来源，以钻石材料为导热元件，就能开发出可以使用 2.8 万年的“核钻石”电池。这究竟是科幻，还是现实？  图丨NDB 电池概念图（来源：NDB 官网） 现代社会的稳定运行，少不了电池所提供的能源。然而，目前以锂离子电池为代表的常见电池仍然存在诸多不足，不仅使用寿命有限，使用成本也相对较高，如果回收不当，还会造成一定的环境污染。因此，人们一直在尝试寻找一种更好的电池。 2016 年，英国布里斯托大学的学者，开发了一种由夹在薄层放射性物质之间的半导体构成的“贝塔伏特电池（Betavoltaic battery）”。 据介绍，这种电池的动力源来自于核废料产生的 β 衰变所释放的能量。在衰变过程中，核废料释放出 β 射线粒子，通过照射半导体材料使其产生大量电子-空穴对，并且在电场作用下实现电子-空穴对的分离，从而产生电流。 如今，美国加州一家名为 NDB（Nano Diamond Battery） 的公司，正在其开发的纳米金刚石电池上，推进这项技术。 NDB 将该技术作为一种安全、高效、可持续的能源解决方案，致力于未来在智能手机、电动汽车、航天器等电子设备上获得应用。 具体而言，该公司先从被废弃的石墨块中，提取出放射性同位素碳-14，然后借助化学气相沉积法，将其转化为气体，并通过冷却和再增压，制造出一种放射性金刚石。 接着，其将放射性金刚石与半导体材料一起放置在电池中，通过收集游离电子，并允许电流输出，这样可以把辐射转化为电能。 其中，为了避免辐射泄漏，还必须设置一层非放射性金刚石，将放射性金刚石包裹起来。 由于碳-14 的半衰期可以持续数千年，因此该类电池的能量也永远不会被耗尽。 NDB CEO 尼玛·戈尔沙利菲（Nima Golsharifi）曾将该技术与太阳能电池相比较。但其不同之处在于，NDB 是利用放射性物质辐射来发电，而不是利用光伏效应来实现电能输出。 戈尔沙利菲告诉媒体：“这种电池具备两大优势，其一，它利用核废料并将其转化为有益的能源；其二，它的运行时间要比目前的电池长得多。” 据其介绍，这些被废弃的石墨，可以从美国目前所拥有的 86000 吨废弃核材料中进行回收。由于裂变产物约占材料总量的 4% 左右，因此回收量约为 3.5 吨。 “这可以提供大约 10 千万亿焦耳，或约 2.7 太瓦时的电力。”戈尔沙利菲表示。 此外，为确保此类电池足够安全，NDB 还开展了广泛的研究，并宣称电池的辐射已被安全地锁定在钻石中，不会产生任何排放或有害物质，比可能发生爆炸或起火情况的锂电池更加安全。 戈尔沙利菲解释道：“我们有一个传感器锁定系统，它可以防止同位素被批量访问，并可以在除了纳米金刚石电池之外的其他用途上得到应用。我们专门通过一种被称为'纳米级离子注入’的过程来实现这一点，这使我们能够满足各种消费者的安全要求。” 从成本来看，这种由钻石与核材料组成的产品，成本已从每公斤 240 万美元，下降到 4 万美元，今后一旦能够实现大规模化的生产，它的价格还将会更有竞争力。 不过，需要说明的是，NDB 此前对外公布的电池设计非常小，约有一个计算机芯片那么大，只能产生非常少的能量，因此必须将大量电池组合起来，才能为常规设备或更大的设备供电。 戈尔沙利菲表示：“NDB 的解决方案，以及我们公司的宗旨，就是充分利用这项技术来解决核废料问题，并通过推广核能这一清洁能源来改善环境，进而创造一种支持社会发展的循环经济。” 据悉，NDB 预计开发两个版本的纳米核金刚石电池，分别是“永恒”版和“硬核”版。 前者可以持续运行 2.8 万年，直到电量被耗尽为止。因此，它能够很好地应用到那些需要执行长期任务的设备上，比如医疗设备、海底通信设备等。 后者专为一些特别的应用设计，比如航天器。据了解，搭载该电池的航天器，可以被发送到其他星系，开展长达几个世纪的航行。并且，其还具备足够的能量，可以向地球上的人类发回需要的信息。 同时，该公司还计划开发能够为手机、汽车和其他小型设备供电的消费者版，使其能够在不充电的情况下运行长达十年。 另据悉，NDB 目前正在开展核电池相关的概念验证测试，预计将在2023年推出一款商用纳米金刚石电池产品。 参考资料： https://www./mobile/nuclear-waste-smartphones-nano-diamond-batteries-explained/ https:///nuclear-diamond-battery-holy-grail-of-energy-storage-or-hype/ https://www./latest-posts/are-nuclear-diamond-batteries-the-future-of-tesla-blog https://www./post/u-s-firm-claims-its-nuke-powered-diamond-battery-lasts-28-000-years https://www./sciencetech/article-9422611/Battery-powered-nuclear-waste-run-28-000-years-sale-2023.html https://www./pr_news/612047111/can-the-nuclear-business-be-reformed-by-the-safe-nano-diamond-battery https://www./a-radioactive-diamond-battery-lasting-28000-years-will-hit-the-market-in-2-years/ https:///140-ndb.html https://en./wiki/Diamond_battery |
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