可用上千年！效率最高的輻光伏核電池在我國面世
來源：科技日報 時間：2024-09-24 13:55
擺脫化學電池的壽命衰減困擾，性能不受溫度等多種因素影響，理論上可使用上千年……9月23日，記者從蘇州大學獲悉，該校王殳凹教授、王亞星教授團隊聯合國內相關院校，提出了一種基于“內置能量轉換器”的錒系微型核電池結構設計理念，通過將錒系元素與發光鑭系元素的分子層級耦合，實現了放射性核素衰變能到光能轉換效率近8000倍的提升，并組裝了目前已知效率最高的輻光伏核電池。相關研究成果發表在最新一期的《自然》雜志上。
新型錒系微型核電池的結構設計理念示意圖。圖片來源：蘇州大學新聞網
微型核電池是將放射性同位素衰變能轉換為電能的裝置，得益于放射性同位素衰變不受外界環境影響的特性，微型核電池在諸多傳統電池難以勝任或面臨挑戰的應用場景中，成為了一種持久且不可或缺的能源解決方案。
錒系核素是核廢料中長期放射毒性的主要“元兇”，它具有超長的半衰期和高達兆電子伏特的α衰變能，而從硬幣的另一面來看，這也為開發錒系微型能源帶來可能。
但是，在傳統的微型核電池構型中，嚴重的自吸收效應阻礙了錒系α衰變能的轉換，使得高效錒系放射性同位素微核電池的開發極具挑戰。
針對這一難題，由王殳凹教授領銜的蘇州大學放射化學研究團隊在其錒系元素固體化學、分離化學、環境化學以及防護化學領域系列研究進展的基礎上，提出了一種基于“內置能量轉換器”的錒系微型核電池架構。
研究團隊通過實驗測定和理論模擬兩個角度進一步驗證了內置能量轉換器可以顯著提高能量轉換效率。實驗結果表明，放射性核素內置模式下從衰變能到光能的能量轉化效率比傳統結構提高近8000倍。
此外，內置能量轉化器還表現出卓越的結構穩定性和發光穩定性，將其與光伏電池相結合，能夠將長期穩定的自發光轉化為電能輸出。據此，研究團隊開發了一種全新的錒系微型輻光伏核電池，其總能量轉換效率和單位活度功率打破科學紀錄。同時，該微型核電池在持續運行200小時內，性能參數幾乎沒有衰減。該成果作為近幾十年來核電池領域的重要突破之一，為錒系核素在非核燃料循環領域的資源化利用打開了新的方向。（張曄）
責任編輯：江蓬新
