科學家研發可發電萬年的放射性金剛石電池 以核廢料為燃料，即將商業化

目前，隨著全球能源需求不斷上漲和低碳化發展要求，風電、水電、核電等清潔能源正越來越受到各方關注。

其中，核電使用少量燃料就能產生巨大能量，世界各地的核反應堆建設也越來越多。不過，這些反應堆同時會產生大量對人體和環境有害的放射性廢物。

為解決這個問題，專家們提出了多種方案。由于很難將核廢料安全地保存處理，這些方案中的一個重點是對其進行再利用。

再利用的其中一個實踐是放射性金剛石電池。據了解，這是一種具有成本效益的回收核廢料的方法，因此備受關注。

先簡單介紹下核電池與放射性金剛石電池。

核電池原型最早可以追溯到英國物理學家亨利·莫斯利，1913年，他演示了粒子輻射制造電流的實驗。在20世紀五六十年代，航空航天業認為或可將莫斯利的研究用于航天器上，以為其提供長期動力。當時，也有公司在研究將核電池應用在無線電接收器等方面。

但這類核電池仍存在一定安全性和導電性等局限，在這方面，合成金剛石的出現為其提供了一個較好的解決方案。金剛石是目前所知最堅硬的物體之一，可以通過特殊工藝使其具有放射性或者充當半導體。

據了解，放射性金剛石電池于2016年由英國布里斯托大學卡博特環境研究所的科學家團隊開發。

該電池由核廢料的β衰變提供動力。β衰變是原子核（由質子和中子構成）為得到穩定質子、中子比例時，釋放多余粒子的過程。同時會產生許多β粒子（高能量電子或正電子）。

β粒子撞擊半導體材料可產生電流，進而轉化為電能。但β粒子是從不同方向上發射，能夠擊中半導體的數量不多，產生的電能較小，效率因此還不高。

放射性金剛石電池使用了化學氣相沉積（CVD）工藝。該工藝廣泛用在人造金剛石制造上。

研究人員對CVD工藝調整后，通過添加含有放射性同位素碳-14的放射性甲烷來生成放射性鉆石。內部的核廢料充當燃料，在β輻射下，將能獲得無須充電的長時間有效電池。

布里斯托大學化學學院能源材料教授尼爾·福克斯解釋說：“選擇碳-14作為原材料，因為它發出短程輻射，這種輻射會很快被任何固體材料吸收。”

不過，布里斯托團隊表示，其放射性金剛石電池（含有1克碳-14）提供的功率較低，只有幾微瓦，小于典型的5號電池。因此目前的應用僅限于傳感器與起搏器等小型、低功耗設備，還無法用在筆記本電腦或智能手機上。

值得一提的是，對于布里斯托團隊科學家研發的放射性金剛石電池，英國公司Arkenlight準備將其進行上市，該公司第一款微型電池產品預計在2023年下半年發布。

另外，美國的一家成立于2012年的公司NDB Inc，也正計劃將放射性金剛石電池商業化。在2016年，該公司推出了金剛石版本電池，并于大概4年后宣布完成了概念驗證測試，其還利用納米技術建造了一種大功率納米金剛石電池。

該公司描述其納米金剛石電池有著耐久性、安全、市場友好等特點。

NDB稱，這種電池能可靠地執行長期任務，持續時間甚至能夠長達2.8萬年。它還表示，納米金剛石薄膜層允許電池有不同的形狀，可實現多種用途以進入不同的市場領域，包括航天設備（空間站和衛星）和消費電子類產品（無人機、電動汽車）。

值得注意的是，據了解，NDB的消費類產品版本電池只可維持十年左右時間。

據悉，該公司計劃將納米金剛石電池于2023年上市。

可以看到，在使用時間上，放射性金剛石電池要比傳統電池壽命長得多。如果能將其開發成通用電池，像我們常用的智能手機等設備或將徹底擺脫沒電煩惱。

不過，目前通用核電池的短期內很難替代鋰離子等電池，傳統電池在成本、安全性方面仍具有一定優勢。放射性金剛石電池是否是核廢料的最終或者較好的解決方案，也有待進一步觀察。

但不管怎么說，如今隨著各種電子設備、電動汽車等的普及，人類也正執行月球、火星等太空探索任務，人們對電池技術的研究需求日益增長，放射性金剛石電池或是實現長時間供電的一種選擇，其發展前景值得期待，希望該類電池能以經濟高效和安全的方式早日被推向市場。