50年不用充电、能量密度比汽油还高？核电池是什么黑科技？
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2024-11-30 23:47
天津
动力电池的终极答案究竟是什么？我猜大部分人会毫不犹豫地回答——固态电池。但万万没想到，对于这个问题，最近网络上竟然出现了一个比固态电池更超前、更科幻的回答——核电池。近日，一家位于北京、名为贝塔伏特的公司宣称成功研制“民用微型原子能电池”，产品已经进入中试阶段（大规模量产前的小批量试验），即将量产投入市场。它的能量密度可达三元锂电池的10倍以上，可以稳定自发电50年，无需充电，无需维护，彻底打破电化学电池的循环次数这一概念！同时，原子能电池面对枪击不起火、不爆炸，发电功率稳定，不会因恶劣环境和负载而变化，可在零上120℃和零下60℃范围内正常工作。好家伙，听起来可太牛了！难道《钢铁侠》里史塔克的核能心脏“方舟反应堆”，要成为现实了吗![]()
？对核电有些了解的朋友应该知道，核电站、核潜艇的核反应堆，都是依靠铀-235、钚-239等同位素核燃料，发生裂变反应生成巨大的能量，再通过推动汽轮机做功来发电的。镍在生活中可以说是最常见的金属之一，包括硬币、不锈钢、蓄电池、变阻器等等，处处都有它的身影。而镍-63（28个质子，35个中子）作为镍的同位素，无时无刻都在向外界喷射着高能粒子，也就是我们常说的“核辐射”。虽然处于安全性原因，没人会用镍-63来制造日常用品。但实际上，镍-63如今已经被应用在色谱仪电子捕获器、离子感烟探测器、电子管内电离源、气相层析的电子俘获探头……这些精密仪器上了！贝塔伏特宣称，其核电池利用的正是镍-63衰变时释放的β粒子（电子），收集粒子后就能产生跃迁电流。而“贝塔伏特”公司的名字，恰好和其核电池原理一致。至于“辐射”收集装置，他们开发了一种独特的单晶金刚石半导体，厚度仅为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，就能将放射源的衰变能量，转化为跃迁电流。其原理上类似于光伏太阳能电池，只不过能量来源把“阳光”变成了“辐射”。由于镍-63的半衰期长达100多年，辐射是源源不断的，所以核电池能持续工作50年，自然不是什么大问题。![]()
由于镍-63的辐射过程，是一个中子变成一个质子和一个电子，在完成后镍63就会变成变成不含辐射的稳定同位素铜-63。因此，贝塔伏特核电池在衰变期后，对环境影响还是比较小的。贝塔伏特核电池的首款产品BV100，体积仅为15 X 15 X 5立方毫米，还没一枚硬币大，电压为3V，功率仅为100微瓦，也就是0.0001瓦。![]()
BV100可以认为是“电芯”，如果将几百个电芯串并联使用，就能制造出不同尺寸和容量的电池包。至于应用场景，官方表示BV100未来可能会率先应用在人体内的心脏起搏器、人工心脏和耳蜗等医疗设备上。在研发方面，公司计划到2025年，推出功率为1瓦的电池，同时进一步研究锶90、钷147和氘等同位素的可行性，研制更高功率、使用寿命2年-30年原子能电池。看到这，估计有不少人已经发现这个“核电池”哪里不对劲了。最大的毛病就是——功率实在是太低了![]()
。用一颗柠檬接两片电极出来，都能有几毫瓦的功率，相当于核电池电芯功率的10倍：![]()
就算是将大量核电池电芯串并联起来提升功率，也很难满足电动车动不动上百千瓦的功率输出。况且，核电芯堆叠多了以后，意味着核辐射也会增大，对电池包防辐射安全性会提出更高的要求。搞不好，就会影响人的生命安全。所以，有生之年想要看见核电池在动力电池领域发光发热，或许需要科技跃迁式突破才行。但在小型电子设备、传感器、信号控制台……这些对功率需求没那么大的场景，倒是有可能会率先实现。![]()
另外，贝塔伏特公司对于镍-63这个核电池原材料的成本问题，也是只字未提。镍-63作为一种不稳定状态的同位素，本来就不存在于自然界。二是核反应堆排放出的放射性物质液体中，有可能存在少量；四是投放核弹爆炸后的试验区域，在大气层及地表可能存在。
无论哪种方法，获取镍-63都非常困难，这就使得镍-63的成本极高。根据2019年一篇论文中提出的数据，制备一克镍-63的成本，高达4000美元，折合人民币约28600元，是黄金价格的将近50倍！微小到不起眼的功率，配上极其高昂的原材料成本，意味着镍-63核电池距离真正意义上的量产落地，希望是非常渺茫的。早在上个世纪60年代，基于核电池的心脏起搏器，就已经被投入使用了。比如1973年，一位患有心脏病的女性，就植入了一枚名为Numec NU-5的心脏起搏器，其核心是用钚-238制成的，原理是利用钚-238半衰期的自发热性质，将热量转化为电能。因此，她成为了世界上少部分拥有“核动力心脏”的人。![]()
当时传统的心脏起搏器，电池顶多用个5年就没电了，如果不及时取出更换的话，患者就会存在生命危险。每次更换心脏起搏器，都必须得再动一次手术，非常麻烦.更换频次多了，手术本身也会对患者产生伤害。核电池最初被应用在心脏起搏器，就是因为其寿命极长的特性.钚-238的半衰期长达86.4年，比很多地方的人类平均寿命还长，所以装进心脏里理论上就不需要再考虑取出更换的问题了。
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这时可能有人会担心，这种放射性物质产生的辐射，时间长了会不会对人体造成损害？当时科学家也考虑到了这一点，在核电池心脏起搏器上市之前，就进行过仔细的评估，其结果是刚好在人体可接受最大辐射的范围之内。而2007年的一则报道显示，这位植入Numec NU-5的女性，核电起搏器在她身体里已经工作34年了，仍然能持续正常工作，未患癌症白血病之类的基因类疾病。当然，由于缺乏后续报道，这位女性的现状我们未曾可知，但至少能一定程度上说明，其辐射确实在可接受范围内。在60-80年代期间，科学家们还尝试过用各种不同的同位素做心脏起搏器，比如钷-145等等。不过到了90年代，核电起搏器终究还是淡出了历史舞台，被锂-碘电池取代。一共只有139人曾植入过核电起搏器。除了民众对于“核辐射”有所顾虑以外，最重要的原因还是前面提到的，原材料和价格问题。自然界中的钚-238只极少存在于铀矿石中，所以几乎只能靠中子轰击铀-238才能制备出来。早在2013年，美国曾提出要倾尽全力，10年里生产1.5公斤氧化钚对抗俄罗斯，结果10年时间过去了，却只生产出了0.5公斤。![]()
根据80年代的一则报道，当时一颗核电起搏器，售价高达5000美元，折合人民币3.6万人民币。这还是在通货膨胀之前的美元，根本不是普通人能用得起的。所以，现在再回过头来看贝塔伏特这家公司，声称开发出了“民用级核电池”这件事，真实性值得怀疑。于是，我去搜索了一下贝塔伏特这家公司，果然有不少问题！公司官网首页，会看到“成为扎根中国、放眼全球的超一流新能源独角兽企业”等字样。虽然公司CEO对外自称“张伟”，但实际上公司是由两个叫“穆索夫”的人控制的，并非中国人，而是俄罗斯人。如此高新技术的企业，理论上应该有不少发明专利才对。但至今为止，贝塔伏特却只有1条专利申请，且仍然处于未被授权阶段。实际上，这则专利就是2018年，一位俄罗斯科学家发表的学术期刊上所采用的方案。天眼查上显示的地址，只是亦庄一栋办公楼里的一个小办公室，并非一座用于高科技研发的实验室。而公司官网上显示的地址，竟然是个高尔夫球俱乐部![]()
？由此推断，贝塔伏特这家公司，大概率是依靠炒作“核电池”这个看似高大上的概念，来中国拉投资的，至少短期内不具备落地的可能。
从蒸汽机时代，到内燃机时代，再到现在的电子信息时代……每个新时代的开启阶段，都会伴随着各种新奇技术的出现，让人们的生活发生翻天覆地的变化。而最近几年，随着电子信息时代步入“中段”，每个人都明显感觉到，新奇的事物没有以前那么多了，取而代之的是千篇一律的乏味感。但，新革命的来源绝非旧技术“包装”之后的新概念炒作，而是基于基础物理层面的突破创新后，经过不断实践之后才能得以实现。
