20年不断电、不充电民用核电池靠谱么?核电池的研究真的已经到达了量产阶段吗?

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18个答案
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Steed专业级业余天文爱好者

2012-11-23 15:33

这种电池,如果淘宝上卖的是“正品”的话,应该是挺靠谱的。这款核电池是美国City Labs公司推出的一款已经获得上市许可的核电池,号称是20年不掉电。不过这种核电池,跟我们通常所说的核电站,以及好奇号火星车上携带的那种核电池,是完全不一样的。目前所有的核电站,都是采用重元素的裂变反应释放热量,再把热量转换成电能。而好奇号携带的核电池,又被称为同位素温差发电机,是利用放射性物质衰变产生的热量,经热电偶等热电感应材料产生电能(详见:http://www.guokr.com/question/299665/)。

但是,City Labs推出的这款核电池,产电的原理并非如此,根本不需要经过热量转换。这种电池使用的所谓“核原料”是氢的同位素氚,它的原子核由一个质子和两个中子构成,又被称为超重氢。这是一种放射性物质,会发生β衰变,放出高速移动的电子(即β射线),同时转变成氦3。这种电池就是直接利用氚的衰变产生的β射线,让这些高速电子射入半导体中,从而产生了微弱的电流。

由于氚的半衰期长达12.43年,因此这种电池可以在长时间内持续提供电池。但它产生的电流不大,只适合应用于那些耗电较低但需要超长时间不间断供电的场合,比如内置医疗设备的供电,以及军事或者太空用途。虽然名字里有个“核”字,但这种核电池是相当安全的,因为氚的衰变只会产生高速电子,而这样的电子是没能力穿透人体的,因此它对人体来说是相当安全的,除非你把大量的氚给口服下去或者注入体内……

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冯.霍恩海姆纳米物理学博士生

2012-11-23 15:34

核电池的概念早在上个世纪初便被提出,核电池并不是如字面意思上利用通常人们概念中的核反应(核裂变)生电,而是利用放射性同位素的衰变来产生能量。NanoTritium属于核电池中的非热转换型核电池,通过利用氢的放射性同位素氚的β衰变发射出的β粒子(高能电子)直接产生电流而发电。
一个典型的非热转换型核电池的结构示意图和样品如图所示:

包括一个放射源层(放射性同位素,常用的为氚),以及一个捕获层(半导体材料,常见的为p-n结二极管)。核电池工作原理如下图所示:

氚在β衰变中,原子核内一个中子转变为一个质子,同时释放一个电子,即β粒子。氚放出的高能电子束在穿过窗口通道后进入捕获层,在通过p-n结的有效区域期间,半导体材料内部电子将被β粒子激发到激发态,形成电子-空穴对,由于p-n结内部的内建电场作用,电子和空穴将被分离到p-n结两端,从而形成宏观电压。如果在p-n结两段形成回路的话就产生了电流。
由于这个机制类似于光生伏特效应(Photovoltaic),所以才用β衰变作为能量源的核电池也被称为贝塔伏特电池(Betavoltaic)。

目前比较成熟的非热转换型核电池技术可以达到6%到8%的能量转化效率,而氚电池最高的能量转化效率是2005年W. Sun做出的10%。核电池的能量损失主要集中在以下几方面:
1. 直接损失:放射性同位素向各个方向发射β粒子,但捕获层只能在一个有限范围内捕获电子
2. 自吸收:同位素材料层由于自身厚度的原因将自己发出的β粒子吸收,所以同位素层要做的很薄
3. 介质损失:β粒子在到达捕获层之前穿过介质时发生散射和中和,所以有些采用真空作为介质层
3. 背散射:这是限制核电池能量转化效率的主要因素,β粒子穿过半导体捕获层时在电极和半导体材料死区中的损失

下表列出了一些采用不同p-n结架构的器件作为核电池时的能量转化效率和功率密度

安全性方面,由于β射线的特性,采用低Z材料如铝等便能很好的屏蔽,比较安全。

参考资料:
Wacharasindhu et al., Encapsulated radioisotope for efficiency improvement of nuclear microbattery. PowerMEMS 2009.

14 0

目测楼上木有核电池的电特性啊。俺就集中一下大家关心的电特性吧。
核电池听起来很牛逼,20年,但是根据他的描述:
1、图中的这个电池带包装的能量密度达到一千瓦时每公斤。
(In spite of relatively low power, the nuclear battery with packaging can have an energy density near a thousand watt-hours per kilogram, which is much greater than the best chemical battery.)
也就是一公斤核电池可以输出1kw·h的电量,也就是一度电。。转换成手机电池(3.7V)的大小,是270270mAh ,27万毫安时。。。。我的手机电池是1250mAh的,当然重量也轻很多。。
但是输出功率无法达到手机那么大,手机的电可以在4小时内放完,这一公斤的电池输出时间为20年,一年放0.05度电,那么要求所驱动的电器的平均运行功率要在0.005W这样,相当于一个计算器。。。

2、
安装在阿波罗12,14,15,16 及17 号上的SNAP-27A 核电池,它用的燃料是238Pu,设计输出功率为63.5W,整个装置重量为31kg,设计寿命为1年,但实际上,其寿命远远超过设计时的1年,并能连续供给70W 以上的电力。
根据这个报道,按照一年的时间、70W来算。这块核电池可以提供613度电,也就是一天大约1.68度这样。。。
上面这种航天用的电池因为体积大,转换部分占得百分比要比体积小的电池要大得多,所以能量密度可以达到19千瓦时每千克,体积小了因为转换部分的原因,所以能量密度肯定没那么高。。

综上所述,量产没问题,但是使用领域现在还是比较有限制。
比如小型的心脏起搏器,使用1节比2号电池还小,重量仅100多克的核电池,即可保证心脏起搏器在体内连续工作10年以上。。。心脏起搏器不是一直在工作的,是根据病人心脏的状况发射起搏电刺激的,平均功率并不大,所以功率小

第二种大型的电池主要应用在难以更换电池的极地、孤岛、高山自动气象站或自动导航站,实现自动记录和自动控制,常年无须更换和维修电源。毕竟有31千克,一天也只有1.68度电。。

有新闻说:“微型核电池虽然只有钮扣般大小,主要成分是235U,但却拥有在手机第一次使用后能够连续提供1年以上待机时间的电量,从而使厂商节省了生产充电器的成本。”这种微型核电池比楼主给的要牛逼的样子。。。但是无法查到来源。。

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Steed老师的回答已经完全到位。
既然曾做过这个毕设,那就多几句。
1.长时间不断电问题。这是由于核半衰期决定的,看过一篇论文,实验过了几个半衰期后核电池的衰减的级别,结果发现过了三个半衰期,输出的电能没有特别大的变化。
2.安全性问题。核电池的电能是由β粒子轰击PN结而产生的,而β粒子是我们常见的电子,穿透能力非常有限,不会对人体造成什么影响。
3.关于电量,同位素衰变时放出能量较小,而PN结转换电能时转换率又较低,所以目前此类核电池出来的电流很小,一般在nA量级,电压一般可以做到1~2V。对于常用的电子设备仍不能直接供电。

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飞鱼BH1JSS飞行爱好者,航模控

2012-11-23 15:26

核电池这事是靠谱的,其实应该叫“放射性同位素电池”。美俄早就用在了卫星上,好奇号火星车上也有使用。度娘上说有用在心脏起搏器上的(http://baike.baidu.com/view/744090.htm
这个电池很多网站有报道,比如这里:http://www.mechanicalengineeringblog.com/tag/nano-tritium-battery/
价格貌似在1000美元左右。

3 0

这玩意似乎是真的,phys.org上有一篇报道,但是重点是"...be resistant to extreme temperatures (-50°C to +150°C)...'“...it is not strong enough to power a cell phone or laptop. This is a low-power battery that can run micro-electronics, anywhere that is hard, dangerous or expensive to reach.”
换句话说其实还是工业或者军事用途吧,民用的话似乎成本有些太高了,条件也普遍没这么苛刻

3 0

这种的确是民用的,也没什么危险,但功率很小。

楼主图中只是预定价格,实际$1000,国内买的话万余一片。
2.4 Volts 50-350 nanoAmps
那么最大功率0.8mW

我手机功率目测0.4W,则需要500片电池~~

1 0

小Xiang其实把~我就是个打酱油的

2012-11-26 23:41
支持者: 不知道哪位

刚才和掌柜的聊了下~~

2012/11/26
xoapxoamh (2012-11-26 23:35:30):
大哥
暮水氏 (2012-11-26 23:35:30):
各位来问电池的亲,首先,这东西功率电压很微小,手机笔记本改装的话得买一车,其次,这是定金,到手很贵五位数是有的。最后,上市有卖,具体参数和报价请在支付订金之后再问。购买其他产品,请二次召唤
嗯?
xoapxoamh (2012-11-26 23:36:29):
没事
暮水氏 (2012-11-26 23:36:31):
我要碎觉了
xoapxoamh (2012-11-26 23:36:34):
刚才看到您卖核电池
我不淡定了
我大哥 让我来问问
咱这个能做核弹不
暮水氏 (2012-11-26 23:36:59):
。。。。你们思想太不端正了!
百度18大视频好好学习
和谐社会懂么!八荣八耻好不好!这么极端!做核弹当烟花么!
xoapxoamh (2012-11-26 23:37:40):
我这算淡定了了
不是
这不是 苍老师世界的么
TW还没解放 没心思学啊
http://www.guokr.com/question/392700/
暮水氏 (23:40:48):
我擦,我竟然果壳了。。。
xoapxoamh (23:40:59):
是啊
暮水氏 (23:41:02):
尼玛都没给个肖像啊。。。掌柜的正面照片都没有啊
xoapxoamh (23:41:13):
来一张 我给你贴上~~

掌柜照片~~

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据说我国也成功研制了所谓核电池,主要是解决探月车在月球夜的生存问题……

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同位素电池是很成熟的技术了。。。上实际的太空探测器上就已经装备了。
原理是用放射源照射pn节还有用热电耦利用温差发电。大功率的同位素电池是很大很重的。。。

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Fmfly毒物&能源

2012-11-23 22:32

不错的样子。。。不过还真没想过氚能这么滴用。。。

- - 不过民用级别的也就只能这样了。。。估计功率小的出奇,电子表那种功率级别吧。。。

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高山地区风力发电外加蓄电池储能应该可以的了.低温是个问题,电池不适宜低于0度运行,保温,温控自发热,应该也能解决问题.

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在某手表论坛上见过核动力手表。。嗯。。

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这种电池如果泄漏的话,危害会不会比含镍镉汞的更大?

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这厮找死物联网技术本科生

2012-11-24 20:38

这让我想起钢铁侠的供电系统,那可不是这个“放射性同位素电池",那供电系统是什么电池提供的呢?

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灰原少年侦探团团员

2012-11-25 11:41

能不能买到正品还是问题……

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早两年我们实验室曾做过类似工作,表示一、成本比他大;二、功率非常小

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每次看到核电池都会想到WTF这么个东西



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