科学家们创造了一种永远不需要充电的电池?

想象一下，你不必给手机充电，也不必拥有一个可以使用一辈子的心脏起搏器。科学家们正在开发一种由放射性碳驱动的微型核电池。放射性碳是核电厂安全丰富的副产品。

这些新设计不同于锂电池，它们随着时间的推移而衰落，对环境有害。β辐射触发电子山崩并发电。团队的最新形状大大提高了效率。虽然挑战仍然存在，但这项技术有一天可能会使核能像你的袖珍设备一样触手可及。

当前的电池问题

意外断电的手机和无法到达目的地的电动汽车突出了一个常见的问题：电池限制。从手机到汽车，大多数锂离子都可以充电(Li-ion)电池只能在两次充电之间使用几个小时或几天。随着时间的推移，它们的性能会下降，需要更频繁的充电。

鉴于这种情况，研究人员正在探索一种新的方法：由放射性碳驱动的核电池。这些小而经济的电池可以在不充电的情况下提供几十年的安全和长期能源。

提出新的解决方案

Su是大邱庆北科技研究所的教授-Il 美国化学学会将于3月23日至27日举行。(ACS)他的团队的研究成果将在2025年春季会议上展示。这项活动大致包括 12,000 演讲包含了一般的科学主题。

小染剂敏化β光伏电池在阴极和阳极上都含有放射性碳，这提高了它们的能量转换效率。图片来源：Su-Il In

环境和技术限制

频繁充电不仅不方便，而且限制了无人机和远程传感器等技术的实用性。这些技术取决于稳定性和长期功率。锂电池也对环境产生了负面影响：锂开采是一种能量密集型，处理不当会损害生态系统。随着我们的世界变得更加互联和数据驱动，对更加耐用和可持续的电池解决方案的需求越来越大。

更好的锂电池可能不是应对这一挑战的答案。研究未来能源技术的“锂离子电池的性能几乎饱和” In 说。因此，In 并且他的团队成员正在开发核电池作为锂的替代品。

核电池的工作原理

核电池通过使用放射性元素发射的高能粒子发电。并非所有放射性物质都会产生对生物体有害的辐射，有些辐射会被某些材料阻挡。例如，β颗粒(也称为β射线)可以用薄铝片屏蔽，这样就可以了β光伏成为核电池的潜在安全选择。

研究人员使用碳 14 产生了一种原形 betavoltaic 电池，碳 14 它是一种不稳定的放射性碳方法，称为放射性碳。“我打算使用碳的放射性同位素，因为它只产生碳。β射线，”In 说。此外，放射性碳是核电站的副产品，价格低廉，易于获取和回收。放射性碳动力电池理论上可以使用数千年，因为放射性碳的降解非常缓慢。

构建更好的 Betavoltaic

在典型的β在光伏电池中，电子与半导体发生碰撞，从而产生电力。半导体 betavol 电池的关键部件，因为它主要负责传热。因此，科学家们正在探索先进的半导体材料来实现更高的能量转换效率，即衡量电池将电子转换为可用电能的效率。

为显著提高新设计的能量转换效率，In 该团队使用了一种基于二氧化钛的半导体，这种半导体通常用于太阳能电池材料，并通过钛基染料进行敏化。它们通过柠檬酸处理增强了二氧化钛和染料的融合。当来自放射性碳时β当辐射与处理后的钛基染料发生碰撞时，会出现一系列电子转移反应，称为电子山体滑坡。然后山体滑坡穿过染料，二氧化钛被有效地收集和生成电子。

双电极创新

新电池的染料敏化阳极和阴极也含有放射性碳。通过对两个电极进行放射性同位素处理，研究人员得到了加强β射线的输出，并且减少了两个结构之间的距离β辐射能量损失。

研究人员发现，在原型电池的演示过程中，两个电极上释放出放射性碳β辐射会触发阳极上的钛基染料，然后产生电子山崩。电子山崩由二氧化钛层收集，并通过外部电路产生可用电力。从能量转换效率来看，研究人员在阴极和阳极中使用放射性碳的电池比以前只在负极中使用放射性碳的电池更有效 0.48% 提升到 2.86%。

长期潜力和应用

这些耐用的核电池可以实现许多应用，In 说。举例来说，起搏器可以在没有手术的情况下维持一个人的一生。

然而，这种 betavoltaic 与传统锂电池相比，设计仅将一小部分放射性衰变转化为电能，性能较低。In 说明，进一步优化β射线发射器的形态和更有效的开发β射线吸收器可提高电池性能，提高发电能力。

重新思考评估能力

随着气候问题的日益严重，公众对核能的看法正在发生变化。然而，它仍然被称为仅在偏远地区的大型电站生产的能源。通过这些双位源染料的敏化β光伏电池，In 他说：“我们可以把安全的核能放在手指大小的设备上。