科学家研发可发电万年的放射性金刚石电池

目前，随着全球能源需求不断上涨和低碳化发展要求，风电、水电、核电等清洁能源正越来越受到各方关注。

其中，核电使用少量燃料，就能产生巨大能量，世界各地的核反应堆建设也越来越多。不过，这些反应堆同时会产生大量对人体和环境有害的放射性废物。

为了解决这个问题，专家们提出了多种方案。由于很难将核废料安全地保存处理，这些方案中的一个重点是对其进行再利用。

再利用的其中一个实践是放射性金刚石电池。据了解，这是一种具有成本效益的回收核废料的方法，因此备受关注。

先简单介绍下核电池与放射性金刚石电池。

核电池原型最早可以追溯到英国物理学家亨利·莫斯利(Henry Moseley)，1913 年，他演示了粒子辐射制造电流的实验。在 1950 至 1960 年代，航空航天业认为或可将莫斯利的研究用于航天器上，以为其提供长期动力。当时，也有公司在研究将核电池应用在无线电接收器等方面。

但这类核电池仍存在一定安全性和导电性等局限，在该方面，合成金刚石的出现为其提供了一个较好的解决方案。金刚石是目前所知最坚硬的物体之一，可以通过特殊工艺使其具有放射性或者充当半导体。

据了解，放射性金刚石电池于 2016 年，由英国布里斯托大学(University of Bristol)卡博特环境研究所的科学家团队开发。

该电池由核废料的 β 衰变提供动力。β 衰变是原子核(由质子和中子构成)为得到稳定质子、中子比例时，释放多余粒子的过程。同时会产生许多 β 粒子(高能量电子或正电子)。

β 粒子撞击半导体材料，可产生电流，进而转化为电能。但 β 粒子是从不同方向上发射，能够击中半导体的数量不多，产生的电能较小，效率因此还不高。

放射性金刚石电池使用了化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)工艺。该工艺广泛应用在人造金刚石制造上。

研究人员对 CVD 工艺调整后，通过添加含有放射性同位素碳-14 的放射性甲烷来生成放射性钻石。内部的核废料充当燃料，在 β 辐射下，将能获得无需充电的长时间有效电池。

布里斯托大学化学学院能源材料教授尼尔·福克斯(Neil Fox)解释说：“选择碳-14 作为原材料，因为它发出短程辐射，这种辐射会很快被任何固体材料吸收。”

不过，布里斯托团队表示，其放射性金刚石电池(含有 1 克碳-14)提供的功率较低，只有几微瓦，小于典型的 AA 电池(5 号电池)。因此目前的应用仅限于传感器与起搏器等小型、低功耗设备，还无法用在笔记本电脑或智能手机上。

值得一提的是，对于布里斯托团队科学家研发的放射性金刚石电池，英国公司 Arkenlight 准备将其进行上市，该公司第一款微型电池产品预计在 2023 年下半年发布。

另外，美国的一家成立于 2012 年的公司 NDB Inc. 也正计划商业化放射性金刚石电池。在 2016 年，该公司推出了金刚石版本电池，并于大概 4 年后宣布完成了概念验证测试，其还利用纳米技术建造了一种大功率纳米金刚石电池。

该公司描述其纳米金刚石电池有着耐久性、安全、市场友好等特点。

NDB 称，这种电池能可靠地执行长期任务，持续时间甚至能够长达 28000 年。它还表示，纳米金刚石薄膜层允许电池有不同的形状，可实现多种用途以进入不同的市场领域，包括航天设备(空间站和卫星)和消费电子类产品(无人机、电动汽车)。

值得注意的是，据了解，NDB 的消费者版本电池只可维持十年左右时间。

据悉，该公司计划将纳米金刚石电池于 2023 年上市。

可以看到，在使用时间上，放射性金刚石电池要比传统电池寿命长得多。如果能将其开发成通用电池，像我们常用的智能手机等设备或将彻底摆脱没电烦恼。

不过，目前，通用核电池的短期内很难替代锂离子等电池，传统电池在成本、安全性方面仍具有一定优势。放射性金刚石电池是否是核废料的最终较好的解决方案，也有待进一步观察。

但不管怎么说，如今，随着各种电子设备、电动汽车等的普及，人类也正执行月球、火星等太空探索任务，人们对电池技术的研究需求日益增长，放射性金刚石电池或是实现可持续未来的一种选择，其发展前景值得期待，希望该类电池能以经济高效和安全的方式早日被推向市场。

关键词： 低碳化发展 发电万年的放射性金刚石电池 放射性金刚石电池 金刚石电池