发布日期:2025-07-16 浏览次数:
2025年3月,我国首款超长寿命碳-14核电池“烛龙一号”正式发布,标志着我国在核能技术领域与微型核电池领域取得了重大突破。这款由无锡贝塔医药科技有限公司与西北师范大学联合研制的核电池,不仅拥有完全自主知识产权,还以其超长寿命、超高能量密度和极端环境适应性,为新能源产业链的升级提供了全新的解决方案。
在过去的几十年里,全球对能源的需求持续增长,与此同时,传统化石能源的使用带来了诸如环境污染、气候变化等一系列严重问题。为了应对这些挑战,新能源技术得到了前所未有的重视和发展。电池作为储存和供应能源的关键设备,其性能的提升对于推动新能源产业的发展至关重要。
从早期的铅酸电池到如今广泛应用的锂离子电池,电池技术在不断进步,但仍然面临着诸多瓶颈,如能量密度有限、充放电次数受限、续航里程不足等问题。尤其是在一些对能源供应稳定性和持久性要求极高的特殊场景中,现有的电池技术往往难以满足需求。
在这样的背景下,核电池作为一种新型的能源供应方式,逐渐走进了人们的视野。核电池利用放射性同位素的衰变产生能量,具有能量密度高、寿命长、稳定性好等优点。与传统电池相比,核电池不需要频繁充电或更换,能够在长时间内持续稳定地提供电力,这使得它在一些特殊领域具有不可替代的优势。
我国首款超长寿命碳 - 14 核电池 “烛龙一号” 的成功研制,正是顺应了这一能源发展趋势。它不仅填补了我国在该领域的技术空白,还为我国新能源产业的升级提供了强大的技术支撑。“烛龙一号” 拥有完全自主知识产权,这意味着我国在核电池技术领域掌握了核心话语权,不再受制于人,对于保障国家能源安全、推动科技创新具有重要的战略意义。
“烛龙一号” 的核心原理基于碳 - 14 的放射性衰变。碳 - 14 是碳元素的一种放射性同位素,它的原子核中含有 6 个质子和 8 个中子,由于中子数相对较多,使得碳 - 14 具有放射性。在自然状态下,碳 - 14 会通过 β 衰变的方式,将一个中子转变为一个质子,并释放出一个电子(即 β 粒子)和一个反中微子。
这个衰变过程是一个自发的、持续的过程,其半衰期长达 5730 年左右。也就是说,经过 5730 年后,初始的碳 - 14 样本会有一半发生衰变。正是利用碳 - 14 这种稳定而持久的放射性衰变特性,“烛龙一号” 能够在数千年的时间里源源不断地产生能量。
那么,碳 - 14 衰变产生的能量是如何转化为可供使用的电能的呢?在 “烛龙一号” 中,采用了特殊的能量转换装置。当碳 - 14 发生 β 衰变释放出 β 粒子时,这些高速运动的 β 粒子具有一定的能量。在核电池内部的特殊结构中,β 粒子与周围的物质相互作用,会产生电离现象,使周围的原子失去电子成为离子。这些离子在电场的作用下定向移动,从而形成电流。
通过一系列精心设计的电路和能量收集装置,将这些微观层面产生的电流进行收集、整合和转换,最终输出稳定的直流电,为外部设备提供电力支持。这种能量转换机制相对简单而高效,避免了复杂的能量转换过程中可能出现的能量损耗,使得 “烛龙一号” 能够将碳 - 14 衰变产生的能量最大限度地转化为有用的电能。
能量密度是衡量电池性能的一个重要指标,它表示单位质量或单位体积的电池能够储存的能量大小。“烛龙一号” 在能量密度方面具有显著的优势。相比传统的锂离子电池,碳 - 14 核电池的能量密度要高出数倍甚至数十倍。这是因为碳 - 14 衰变所释放的能量非常集中,而且在核电池的设计中,不需要像锂离子电池那样配备大量的辅助材料来进行能量的储存和传输。
以一些常见的应用场景为例,传统的锂离子电池可能需要较大的体积和重量才能满足一定时间内的电力需求,而 “烛龙一号” 凭借其高能量密度,在相同的电力输出要求下,体积和重量可以大大减小。在一些对设备体积和重量有严格限制的航天领域,高能量密度的 “烛龙一号” 能够为卫星、探测器等设备提供更持久的电力供应,同时减轻设备的整体重量,降低发射成本。
“烛龙一号” 最为引人瞩目的特点之一就是其超长的寿命。由于碳 - 14 的半衰期长达 5730 年,这意味着 “烛龙一号” 在理论上可以持续工作数千年之久。与传统电池有限的充放电次数相比,“烛龙一号” 几乎不需要进行更换或维护,这在很多领域具有巨大的应用价值。在深海探测中,潜水器需要在水下长时间工作,传统电池往往需要频繁更换或充电,这不仅增加了探测成本和难度,还限制了潜水器的工作时间和范围。
而 “烛龙一号” 可以为深海潜水器提供长达数千年的稳定电力,使得潜水器能够在深海中进行长期、不间断的科学研究和数据采集。在一些偏远地区的无人值守监测站,如气象监测站、地质监测站等,使用 “烛龙一号” 作为电源,可以确保监测设备在几十年甚至数百年内持续稳定运行,无需人工干预,大大提高了监测数据的连续性和可靠性。
除了高能量密度和超长寿命外,“烛龙一号” 还具备出色的极端温度适应性。无论是在酷热的沙漠环境中,还是在寒冷的极地地区,“烛龙一号” 都能够正常工作。这是因为核电池的工作原理基于放射性衰变,不受环境温度变化的影响。在高温环境下,传统电池中的电解液可能会挥发、分解,导致电池性能下降甚至失效;而在低温环境下,电池的化学反应速度会变慢,电池容量也会大幅降低。
“烛龙一号” 则不存在这些问题,它能够在 - 200℃至 + 200℃的极端温度范围内稳定输出电力。在航天领域,卫星在绕地球运行过程中,会经历极端的温度变化,从阳光直射下的高温到阴影中的低温,“烛龙一号” 的极端温度适应性使其能够为卫星提供稳定的电力,确保卫星上的各种仪器设备正常运行。在一些工业生产环境中,如高温炉窑附近或极寒的冷库中,使用 “烛龙一号” 作为设备电源,可以保证设备在恶劣的温度条件下可靠运行,提高生产效率和稳定性。
“烛龙一号”的应用场景极为广PG电子平台网站泛,涵盖了医疗、物联网、深海探测、航空航天等多个领域。在医疗领域,它可为脑机接口、心脏起搏器等植入式设备提供永久能源,患者可终生免于手术风险。在物联网领域,它能够支撑万亿级传感器网络,实现“安装即永久运行”,推动无人化管理普及。
在深海和极地探测中,“烛龙一号”的耐低温与高压特性使其成为无人潜航器和科考设备的理想电源。在航空航天领域,它可为月球基地、火星车等提供持续数十年的电力支持,大幅降低深空任务的维护成本。此外,其绿色低碳属性还将推动新能源产业链的迭代升级。
尽管“烛龙一号”展现了巨大的潜力,但其推广仍面临一些挑战。首先是高昂的成本。当前碳-14同位素的价格达15-35万元/居里,规模化生产是降低成本的关键。其次,公众对“核电池”的接受度仍需提升。尽管“烛龙一号”的辐射被完全屏蔽,但其“核”标签仍可能引发安全疑虑,需加强科普并制定行业标准。
未来,随着技术的不断迭代,“烛龙二号”的研发目标是将能量转换效率提升至10%以上,并开发柔性电子适配版本。此外,碳-14核电池的微型化设计和应用场景的拓展,将为其在更多领域带来革命性变化。
“烛龙一号”的诞生,不仅意味着能源技术从“短期储能”迈向“千年续航”,更象征着核能应用从巨型反应堆向微型设备的范式转变。这场静默的能源革命,正在重新定义人类与能源的关系——从被动依赖到永恒共生。正如英国科学家所言:“这场革命的核心,或许就藏在一颗微小的碳-14原子中。”