在探索宇宙的征途中，人類從未停止過對高效、持久能源的追求。2024年5月8日，美國市場研究機構EMR公司發布的最新市場調查報告預測，從2024年至2032年，全球核能電池市場將以8.7%的復合年均增長率持續增長。這一預測不僅標志著核能電池作為新能源動力電池的熱點話題，更預示著能源領域的一場革命性變革。

△體積小巧的核能電池

核能電池的類型多樣，根據提供的電壓高低，可分為高壓型（幾百至幾千伏）和低壓型（幾十毫伏至1伏左右）。按能量轉換機制，核電池可分為直接轉換式和間接轉換式，具體包括直接充電式核電池、氣體電離式核電池、輻射伏特效應能量轉換核電池、熒光體光電式核電池、熱致光電式核電池、溫差式核電池、熱離子發射式核電池、電磁輻射能量轉換核電池和熱機轉換核電池等。目前應用最廣泛的是溫差式核電池和熱機轉換核電池。

核能電池的屬性也相當引人注目。它們具有體積小、重量輕和壽命長的特點，而且其能量大小、速度不受外界環境的溫度、化學反應、壓力、電磁場等影響，因此可以在很大的溫度范圍和惡劣的環境中工作。這些特性使得核能電池在太空探測、醫療設備、偏遠地區供電等多個領域展現出巨大的應用潛力。

△核能電池的典型結構

核能電池的壽命受多種因素影響，包括所使用的放射性元素、電池設計、工作環境等。不同元素的放射性核素，決定了電池的壽命差異。例如，碳-14的半衰期約5700年，使用碳-14的核能電池理論上可使用數千年。此外，核能電池的能量密度極高，1克電池中能存儲的能量高達3300毫瓦時，這在傳統化學電池中是無法想象的。

近年來，核能電池在太空探測和民用領域取得了重要突破。在太空環境中，探測器需要在低溫、高輻射等惡劣條件下工作，核能電池以其高能量密度和穩定性，成為理想的電源選擇。例如，中國的嫦娥三號月球探測器就采用了核能電池，使其能在月球表面過夜并完成科學實驗。在民用領域，核能電池的長壽命和低維護成本，使其在便攜式設備和固定式設備中展現出巨大潛力。

△使用核能電池的嫦娥三號探測器

盡管核能電池具有諸多優勢，但它也面臨著安全性、輻射防護、廢棄處理等挑戰。為確保核能電池的可靠性和安全性，未來的研究需要重點關注電池材料的改進、核反應堆設計的優化，以及輻射防護措施的加強。隨著技術的進步和綠色能源需求的增長，核能電池有望在智能手機、電動汽車、儲能系統等領域得到廣泛應用。

中國在自主研發的核電池領域也邁出了重要步伐。2023年1月，北京貝塔伏特新能科技公司宣布研制出民用級別的核能電池，這種電池能穩定供電50年，無需充電和維護，可滿足多種長續航和多場景的電力供應需求。此外，中國嫦娥三號月球探測器的成功，也展示了中國在核動力裝置研發方面的實力。

核能電池，作為未來能源領域的革命者，正逐漸揭開其神秘的面紗。隨著技術的不斷進步和應用領域的拓展，核能電池有望成為推動人類社會可持續發展的重要力量。然而，核能電池的研發和應用也需要我們面對和解決一系列挑戰，以確保其安全、高效地服務于人類的未來。

（作者：李傳福，華中科技大學綠色能源工業研究中心工程師、英國皇家化學會會員、浙江省科普聯合會編委會會員。）

來源: 科小二