纽扣大年夜小！无需充电！能用五十年！核电池这就成了？

截止到2007年，她的起搏器已经事情了34年（现状未知）。

从未改换，从未断电。

这颗起搏器的商品名为Numec NU-5，通过将内部质料产生的热量转换为电能来事情。

什么质料呢？钚-238，具有放射性，它的同位素——钚-239，被用来造核弹。

这名女性也成了天下上为数不多的搭载“核动力装置”的心脏病人。

此外，由于钚-238的半衰期有88年，即便这名女性有幸活到了100岁，她的起搏器里依然还有一半以上的钚，足以驱动起搏器的正常运作。

有人该问了：半个世纪前就有靠核能事情的的小型设备，核电站也有七十多年的历史了，我们什么时候才能在日常生活中用上“永不断电”的核电池？

那样的话，手机再不用天一充，新能源汽车也没有续航焦虑了。

在公民群众对这类电池饱含期待但又只能等待的日子里，不久前（1月8号），网上溘然涌现了一条令人颇为愉快的新闻：一家名为“北京贝塔伏特新能科技”的公司宣告自己研制出了民用级别的原子能电池。

在官方通知布告里，他们声称这种和一颗硬币差不多大的方块电池能稳定供电50年，无需充电，无需掩护。

可知足航空航天、AI设备、医疗东西、微机电系统、高等传感器、小型无人机和微型机器人等长续航多场景下的电力供应。

这款令该公司引以为傲的产品名为BV100，是一个电压3V，尺寸为15155立方毫米的微型核能电池。

虽然看起来便是颗形状不走平凡路的纽扣电池，但宣布中“成功实现原子能电池的微型化、模块化和低本钱，开启民用化的进程”；

“标志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领域取得颠覆性创新”、“遥遥领先欧美科研机构和企业”等自傲豪迈的辞吐其实给人以不明觉厉之感。

难道核电池也像2022年的AI（ChatGPT）一样，溘然就高歌年夜进实现打破了？

为理解答这个疑问，咱们必须要好好盘一盘这篇宣布，看看他们到底做了什么。

01

根据官方发布的实物图，这颗电池上的的核辐射标志以及“Lifetime 50+ Years”的字样的确表明着自己的独特身份——稳定龟龄的核电池。

既然是核电池，那得有放射性核质料吧。
那它用的是什么质料？钚-238吗？

不！
它用的是镍的放射性同位素——镍-63（28个质子，35个中子）。

镍是一种常见的金属材料，常被用来制造合金（如镍钢）、变阻器、蓄电池等。

作为镍的兄弟，镍-63每时每刻都在产生辐射，它虽然不能被用来制造合金等日常用品，但却可以被用在敏感电子设备的保险装置中，如电涌保护器。

从物理性子来看，镍-63也算得上是类空想的核电池质料。

首先，镍-63的半衰期有100年。

100年后，BV100中还有一半的镍在发挥放射性浸染，因此，镍-63是能知足核电池的龟龄哀求的。

其次，镍-63的辐射过程是个中的一个中子变成一个质子和一个电子后，镍-63变成铜的稳定同位素——铜-63。

贝塔伏特公司的宣布中也明确了这一点：原子能电池环境友好性，在衰变期后……不具有放射性，对环境不构成任何威胁或污染。

那么，作为电池的核心，镍-63是如何发挥浸染的呢？

根据宣布中的描述，贝塔伏特公司开拓了一种厚度仅为10微米的单晶金刚石半导体，并制造出了2微米厚的镍-63薄片，当把镍-63放在两个金刚石半导体之间后，便会产生跃迁电流。

虽然描述比较大略，但细想一下，这实在和光伏发电的事理比较类似。

镍-63辐射产生的电子射入外层金刚石半导体的过程，就犹如阳光射到光伏硅片。

辐射电子（光子）轰击半导体中受束缚的价电子后，能在个中产生可以自由移动的电子—空穴对。

移动的电子和空穴在PN结——镍-63两侧的金刚石半导体之间——形成电势差。

当给电池上施加负载时，自由电子将从P型侧流入N型侧。
穿过外部电路后再返回到P侧与它们留下的空穴重新结合。

电子流动的过程便是电流产生的过程，也便是核辐射能转化为电能的过程。

辐射是源源不断的，电流也自然是连绵不绝的（50年以上）。

由于这类电池直接依赖辐射出的电子，也便是贝塔粒子来发电，因此也被称为贝塔伏特电池。

你没看错，这个公司的名字便是照着研发的电池类型取的！

02

贝塔伏特电池并不是个新观点，早在上世纪60年代，它就已经被运用到了心脏起搏器上。

不是开头所说的、靠核辐射发热转电的钚-238起搏器，而因此另一种半衰期只有17.7年的放射性同位素——钷-145为质料的心脏起搏器。

然而，随着更为安全且价格低廉的锂电池涌现，核起搏器也于1988年退出了历史舞台。

而自那之后，险些不见（民用）核电池有任何发展。

直到2009年，美国一家名为 Widetronix的公司研发出了一种核电池，质料不是镍-63，而是核聚变的燃料、氢的同位素——氚。

他们的愿景是将贝塔伏特电池商业化，但遗憾的是，后续不多，他们的官网也在2013年停滞了更新。

光阴匆匆来到2018，俄罗斯科学家制造出了一种新型的核电池，成果以论文的形式揭橥在了学术期刊Diamond and Related Materials上，所采取的技能方案是金刚石+镍-63。

而研究成果之一，便是确定了核电池的最优构造：2微米厚的镍-63薄片夹在10微米厚的金刚石半导体之间时，发电效果最好。

后来，他们造出了一颗包含200层金刚石—镍-63—金刚石夹芯构造的原型电池，实现了约1微瓦的功率输出，很小，但也足够为心脏起搏器供应动力了。

03

很明显，贝塔伏特公司在开拓核电池时，所走的便是俄罗斯科学家提出的技能路线。
而且，连材料的尺寸都千篇一律：

2微米厚的镍-63、10微米厚的金刚石半导体。

当然我这么说并不是我想喷他抄袭或者原创度不高什么的。

由于国际学术圈还是非常开放透明的，俄罗斯科学家的成果众人皆可见，如果镍-63核电池的最优构造真如他们所描述的那样，在无专利限定的情形下，其他人当然可以大方采取。

真正的问题在于，贝塔伏特公司造出BV100电池的功率只有100微瓦（万分之一瓦），虽然比之前用于起搏器的1微瓦功率大了不少，但也不能说打开了什么崭新的局势。

不过他们在宣布中写道：操持2025年推出功率为1瓦的电池；操持连续研究采取锶90、钷147和氘等同位素，研制更高功率、利用寿命2—30年的原子能电池；可以让一部手机永不充电，现在只能翱翔15分钟的无人机可一贯飞……

这就有点意思了，希望这一天尽快到来，别的不说，如果我军的侦查无人性能一贯在天上飞不用下来，这还是非常有计策意义的。

可是，一旦我们考虑把它用得手机之类的民用领域，就又产生了一个不可忽略的问题：无论因此钚-238、氚、还是镍-63为质料，核电池燃料本钱实在是太高了！

自然界只有极微量的钚存在于铀矿石中，实验或武器用的钚险些都是通过中子轰击铀238的核反应得到的，产量极低。

2013年之前，美国NASA一贯从俄罗斯购买钚-238，用于航天器上的放射性同位素电力系统（RPS）。

毅力号火星车上装备有氧化钚发电机为锂电池充电

购买价格是多少呢？

250万美元/公斤。
按本日的汇率算，约合18000元/克！
是黄金价格的将近40倍。

2013年之后，由于俄罗斯的核工业重组，为了知足需求，美国必须要重启生产线，自己制造钚-238了。

美国能源部给自己定下了一个小目标——年产1.5公斤的氧化钚。
看起来的确不多吧，但直到10年后的2023年，他们一年的总产量也只有0.5公斤。

看来老美举国之力，也造不出几台用核电池的IPhone啊。

实际上，在核电起搏器昙花一现的1970—1988年间，只有139人植入过它。
缘故原由除了大众心存对“核”的心病外，当然便是高昂的售价啦。

在上世纪70年代，那款名为Numec NU-5的心脏起搏器的售价就高达5000美元，那可是放开印钱之前的美金啊！

而自然界不存在的镍-63同样不符合物美价廉的需求。

根据2019年的一篇论文数据，一克镍-63的制造本钱高达4000美元，约合28600元，比钚-238还贵！

因此，想要将核电池遍及到民用水平，一个紧张的条件便是找到价格低廉的核质料。

但以我对元素周期表的理解来看，这种廉价的自发对外进行大功率辐射的物质，彷佛并不存在。
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有朝一日，如果这种电池真的被安装在了某个电子产品上，那玩意儿一定很贵吧。

参考资料：

https://en.wikipedia.org/wiki/Betavoltaic_device

https://www.reuters.com/article/healthNews/idUSN1960427320071219/

https://www.neimagazine.com/news/newsnasa-moves-closer-to-use-of-plutonium-238-to-power-space-missions-11335593

https://www.betavolt.tech/359485-359485_645066.html

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925963517307495?via%3Dihub