能源利用

5月8日，美国一家知名市场研究机构EMR公司发布最新市场调查报告显示，2024年至2032年间，全球核能电池市场规模将以8.7%的复合年均增长率持续增加。核能电池成为新能源动力电池的热点话题。

核能电池是一种利用核能直接转化为电能的装置。核能电池不依赖化学反应，而是利用核能直接转化为电能。核燃料在电池内部发生核反应，产生中子、质子等粒子。这些粒子在电池内部导体中运动，与导体中的电子发生碰撞，使电子产生定向运动，从而形成电流。

核能电池寿命受多种因素影响，包括所使用的放射性元素、电池设计、工作环境等。不同的核能电池使用不同元素的放射性核素，寿命也会有所不同。核能电池的寿命与放射性核素的半衰期密切相关，半衰期越长，电池的寿命就越长。例如，放射性元素碳—14半衰期约5700年，因此使用碳—14的核能电池理论上可以使用数千年。核能电池的能量密度受到核燃料能量释放能力、电池的设计和材料等因素影响。相较于传统化学电池，核能电池具有更高的能量密度、更大的体积能量密度和质量能量密度，在1克电池中能存储能量高达3300毫瓦时。

相较于传统的核反应堆，核能电池具有体积小、能量密度高、污染低等特点。近年来，核能电池在太空探测、民用等领域取得了重要突破。

由于太空环境复杂，探测器需要在低温、高辐射等恶劣条件下工作，传统的太阳能电池无法满足需求，核能电池具有很高的能量密度，能在极端环境下为探测器提供稳定电源。嫦娥三号月球探测器就采用了核能电池，使其能在月球表面过夜并完成相关科学实验。此外，核能电池的使用还能减少对太阳能电池的需求，降低探测器重量和成本。

在民用领域，核能电池一方面用于便携式设备，如手机、笔记本等电子产品，另一方面用于固定式设备，如基站、数据中心等。与传统锂电池相比，核能电池具有更长的使用寿命和更低的维护成本。

今年1月8日，北京贝塔伏特新能科技公司宣布研制出民用级别的核能电池。这种与一个硬币差不多大的方块电池能稳定供电50年，无需充电，无需维护，可满足航空航天、AI设备、医疗器械、微机电系统、高级传感器、小型无人机、微型机器人等长续航和多场景的电力供应。

2023年，俄罗斯《劳动报》报道称，已成功研发一款功率高达500瓦的小型核能电池。这款创新型的能源装置体积小巧，能在无需外部能源补给的情况下连续稳定工作几十年。这意味着用户可以使用核能电池供电的手机、笔记本等设备，无需频繁充电。

作为动力来源，新能源汽车采用核能电池可实现长续航里程和较低的能源成本。在医疗设备方面，核能电池可以提供稳定、高效的电源，确保医疗设备正常运行。

核能电池的研发和应用将带来能源领域的革命性变革。随着技术进步和绿色能源需求的不断增长，核能电池有望在更多领域得到广泛应用，如智能手机、电动汽车、储能系统等。同时，核能电池的长寿命和环保特点，将有助于实现可持续发展目标，减缓环境污染和资源紧张。然而，核能电池也面临一些挑战，如安全性、辐射防护、废弃处理等。为确保核能电池的可靠性和安全性，未来研究应重点关注电池材料改进、核反应堆设计优化，以及辐射防护措施。

（作者系华中科技大学绿色能源工业研究中心工程师、英国皇家化学会会员）

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