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核能电池 电池

核电池原理是什么?核电池是什么东西难道真的说永远也不用充电吗

admin admin 发表于2023-05-02 01:12:18 浏览45 评论0

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核电池原理是什么

核电池,又叫同位素电池,也叫原子电池,,它是一种利用放射性同位素衰变放出载能粒子,并将其能量转换为电能的装置,也被叫做“放射性同位素温差发电机”。核电池使用寿命长,不需要充电,可以说是电池的终结形式。
二、核电池工作原理
1、不同于核弹的裂变原理,核电池用的是衰变原理。
以目前最常用的是钚-238,它在衰变过程中会产生一个α粒子,α粒子受阻减慢时,就会放出热量,根据测算,钚-238在衰变过程的功率密度为0.41w/g,半衰期高达87.7年。
核衰变过程中,产生α粒子和热量
2、能量转换
放射性同位素衰变过程产生的热量要变成电能,还需要一个转换过程,所用的能量转换材料为热电材料, 它也是核电池的重要部件,其功能是将放射性同位素衰变时产生的热能转变为电能,;
3 热电原理
温差热电转换部分是由一些性能优异的半导体材料组成,把这些材料串联起来, P型半导体元件和N 型半导体元件就作为电池的两极。它与周围介质之间的温差通过半导体温差热电元件转变为电势差, 源源不断地发出电来。由于这个现象是德国物理学家塞贝尔发现的,产生的电动势称为温差电动势或者塞贝克电动势。
3、将上述放射性同位素和温差电堆组合在一起,就形成了核电池,放射性同位素提供热源;温差电堆,利用热电效应,把同位素产生的热量转换为电能。

核电池是什么东西难道真的说永远也不用充电吗

现如今,我们的生活当中大多数用的还是锂电池,但是随着现在需求的越来越高,它的密度似乎成为了研究者们一直担心的问题,于是科学家们又向新式核电池领域出发,尝试着在未来能够代替锂电池的地位。

大家都知道,核电池又被称为“放射性同位素电池”,它主要通过半导体不断的将同位素放出的热能射线转变成电能,目前,核电池已经成功的运用到了一些军事领域和医学领域中去,之所以核电池能被广泛的运用,其实是基于其自身重量轻,寿命长,另外还不容易受外界温度和环境的变化等因素影响,还可以在高温和恶劣的环境下工作。

目前核电池的原型装置能量密度较低,要想真正大范围的使用还需要继续研究,但是俄罗斯的科研人员刚研究出了一种新型核电池,该电池是在镍-63的基础上进行改造的,和普通的电池相比,其最大的优点就是能量密度较高,虽然如此,但是核电池的放射性依然在科学领域上存在着很大的争议。但是我们可以利用核电池的这些特性,可以让核电池装置缓慢持续的释放出能量,但是尽管这些电池能够长时间的持续提供能量,但是它的低功能密度还是让人担忧的。

其实在过去的几年里,我们还见过一些电池,比如能够充分利用水分子发电的“锶基核电池”,还有一种寿命长达20的“纳米氚”电池,只不过俄罗斯的科研人员研究出的这一款新型核电池据说续航可以超过100年,并且还提升了电池的功率密度,是传统化学电池密度的10倍以上。

相信未来这种新型核电池能够运用到更多的领域中去,但是如果真的能续航一个世纪,你敢用吗?

锂电池面临淘汰!核材料电池已在路上,续航10年无需充电

近年来,智能手机市场以及新能源电动 汽车 行业的高速发展,使得厂商对于电池品质和技术有了更高的要求。

为了满足市场需求,各大电池供应商展开了对锂电池的各种升级研发。与此同时,各国科研团队甚至高校院所,也开始 探索 下一代电池技术,毕竟电池事关能源革命。

如果电池技术有大突破,那么全球能源革命将加速到来,现阶段市面上主流的各类需要用到电池的电子设备,都会因此而发生翻天覆地的变化。

由此可见,电池技术事关重大,这也是为何各国相关团队都加紧研发创新,试图掌握先机的原因。

截至目前, 笔者了解到的创新型电池技术已经有许多,但绝大多数仍然以锂电池为基础,对电池寿命和充放电功率进行了提升。 很少有团队彻底颠覆锂电池。

即便有不少关于石墨烯电池的消息,可迄今为止,尚没有一家能够真正把控石墨烯这类材料。

4月2日最新消息,加州一家名为Nano Diamond Battery(NDB)的公司,正在开发一种不输石墨烯电池的放射性电池。

根据电池开发人员透露, 这类放射性电池由核废料驱动,可以维持一艘宇宙飞船或者一家医院,运营2.8万年。 而且,使用期间无需进行充电或者更换电池。

值得注意的是, 该公司正在开发的消费版本的核电池,可以被应用于智能手机或者电动 汽车 ,可续航10年不需要充电。

至于这类电池的原理,涉及到了将核废料中的放射性同位素,与堆叠在电池单元中的镶板纳米钻石层相结合。

堆叠设计可以改善系统整体效率,还能够提供多层保护。

笔者了解到, 为了让消费者不会接触到电池单元内部的放射性物质,堆叠的钻石核伏电池和放射源表面都涂有一层多晶钻石。

这个材料可以将辐射控制在设备内部,且能够让电池十分牢固。

不过这样的技术虽然能够持续相当长的时间,但输出功率并不大。单从放射性电池的理论效果来看,消费者想必会十分满意,毕竟10年不用充电也不用换电池。

但考虑到需要通过增加放射性废料板来提高总能量输出的方法,这类放射性电池的商用场景并不多。

不过,这毕竟是一项还在摇篮中的技术创新。而且核能正在得到世界各国的重视,或许在未来,核材料电池真的能够成为取代锂电池的一员。

核电池为什么普及不了

核电池普及不了原因如下:
1、有放射性污染。
核电池由放射性同位素热源和温差电池组成,依靠热电效应发电,大家都知道放射性同位素的污染能力非常强,虽然以目前的技术可以将放射性污染的几率降到很低,但是一旦发生污染,就会给地球环境以及全人类带来不可逆转的危害。
2、成本高昂。
毅力号火星车上所搭载的核电池,其成本高达7000万美元,原子弹所需的放射性同位素,每一克的制造成本就高达5万美元。