最近一则关于让手机永不充电的核电池刷屏了！

2024年1月8日，北京贝塔伏特公司宣布成功研发出能50年自发电的微型原子能电池，这一颠覆式创新技术可支持航空航天、AI设备、医疗设备、MEMS微机电系统、高端传感器、小型无人机、军工和警用设备等多个领域的长续航场景。

首先，让我们来了解一下什么叫原子能电池。

原子能电池又称放射性同位素电池，也被叫做放射性同位素温差发电器。这种温差发电器是由一些性能优异的半导体材料，如碲化铋、碲化铅、锗硅合金和硒族化合物等，把许多材料串联起来组成。另外还得有一个合适的热源和换能器，在热源和换能器之间形成温差才可发电。

这种很大的能量有两个令人喜爱的特点。一是蜕变时放出的能量大小、速度，不受外界环境中的温度、化学反应、压力、电磁场的影响，因此，核电池以抗干扰性强和工作准确可靠而著称。另一个特点是蜕变时间很长，这决定了放射性同位素电池可长期使用。放射性同位素电池采用的放射性同位素主要有锶－90（Sr－90，半衰期为28年）、钚－238（Pu－238，半衰期 89.6年）、钋－210（Po-210半衰期为138.4天）等长半衰期的同位素。将它制成圆柱形电池。燃料放在电池中心，周围用热电元件包覆，放射性同位素发射高能量的α射线，在热电元件中将热量转化成电流。

这次公布的贝塔伏特的微型原子能电池研发采用了全新的技术路径，通过放射源镍-63发射的β粒子（电子）的半导体跃迁产生电流。为了做到这一点，贝塔伏特的科学家团队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，将放射源的衰变能量转化为电流，形成一个独立的单元。另外，该核电池是支持模块化，可以由几十个或几百个独立的单元模块组成，并可以串/并联使用，因此可以制造不同尺寸和容量功率的电池产品。

通过查找股东结构，也非常有趣。竟然是个外国人当法人，也是大股东。当年中国从俄罗斯买过一枚放射性同位素电池，大小相当于2节干电池，输出功率500mW，可以连续输出200多年，当时买来的价格折合3000万元人民币。科学家在严密的防护下打开它，结构看起来很简单，但是研究了几年也没有结果，不知道怎么做出来的。这两个消息连起来看，是否意味着是俄罗斯的技术也不好说。

来自贝塔伏特公司的内部资料显示，他们推出的首个产品将是镍63-BV100，功率100微瓦，电压3V，电池每分每秒都在发电，每小时可以发电0.36焦耳，每天8.64焦耳，每年3.153千焦。公司计划2025年推出功率为1瓦的电池，可以让一部手机永不充电，现在只能飞行15分钟的小型无人机可以一直飞。接下来如何提高电池能量，如何降低成本能够尽早商业化，在多少应用场景下可以使用该电池都有待进一步研发。

按照公司CEO张伟在官方新闻稿中的说法，“贝塔伏特原子能电池的核心是第四代金刚石半导体，这是业界熟知的半导体终极材料，全球半导体领域科技竞赛的又一个高地。贝塔伏特是全球目前唯一一个能够掺杂制作大尺寸金刚石半导体材料的公司，高效率金刚石转换器是制造核电池的关键。贝塔伏特既是一家新能源公司，也是一家第四代半导体和超长碳纳米管新材料公司。核电池、金刚石半导体和超级电容器，三大技术和材料链接与融合，形成了贝塔伏特的核心技术和创新能力。” 这段话的信息非常丰富，就是不仅是原子能电池，还结合了最先进的金刚石半导体大尺寸参杂技术，这些都是目前国内不少公司正在研发的。国内已经攻克了金刚石的CVD做法，且将成本做得非常低，将传统的天然钻石市场打得还不了手；接下来就是在金刚石里面掺杂，形成半导体，这样可以广泛应用在航空航天、军工、量子计算机、导热、医疗设备、半导体等多个领域，且具有极佳的物理性能，金刚石半导体材料也被誉为第四代半导体材料，或者说是终极半导体材料，是各国秘而不宣的硬核技术。这次贝塔伏特公司的原子能电池至少可以宣告在电池领域的巨大突破，或许未来的手机、笔记本电脑、心脏起搏器、航天领域的电池等都不需要换电了，相当科幻色彩。

事实上，2006年6月，中国原子能科学研究院同位素研究所研制成功国内第一个钚-238同位素电池。温差式放射性同位素电源将在太空领域、恶劣环境或一些特殊场合得到大量应用，以保证能源供应。这一技术在嫦娥四号上面就开始采用，利用所谓“同位素温差发电与热电综合利用技术“，也就是用航天器两面太阳翼收集的太阳能和月球车上的同位素热源两种能源供给。当月夜来临，同位素热源将为仪器设备供热，保证航天器在-180℃的环境中不被冻坏，安然度过寒冷漫长的月夜。

迄今为止，美国发射了20多艘航天器，携带了40多个放射性同位素电源。卡西尼号探测器于2004年到达土星，携带的单个同位素电源电功率为285瓦。前苏联20世纪60年代开始空间核电源的研制，早期温差式放射性同位素电源研制使用的放射性同位素是钋-210。

未来，中国将在传统的锂电池（三元锂、磷酸铁锂等）、半固体电池、全固体电池、原子能电池等多个领域全线出击，不留死角，每解决一个硬核问题，就多一分成功的保障。