韩国科学家正在研发一种由放射性碳驱动的微型核电池,未来或可实现手机永不充电、心脏起搏器终生使用。与锂离子电池不同,这种电池利用β辐射触发电子雪崩发电,既环保又持久。
目前,锂离子电池存在续航短、性能衰减和环境污染等问题。为此,韩国大邱庆北科学技术院的一个研究团队开发了放射性碳核电池。放射性碳是核电站的副产品,成本低且安全,其β射线可被铝箔屏蔽,衰变缓慢,理论寿命达数千年。
为显著提升新设计的能效,研究团队采用二氧化钛基半导体(太阳能电池常用材料)与钌基染料复合,并通过柠檬酸处理强化二者结合。当放射性碳释放的β射线撞击处理后的染料时,会引发电子转移反应链(即电子雪崩),随后雪崩效应经染料传递,二氧化钛层高效收集产生的电子。
新型电池还在染料敏化阳极和阴极中均加入放射性碳。通过双电极放射处理,研究人员增加了β射线生成量,并减少了电极间辐射能量损耗。原型测试显示,新型电池能量转换效率从0.48%提升至2.86%。
尽管当前效率仍低于锂电,但优化β射线发射器和吸收材料后,其性能有望进一步提高。这种电池可应用于医疗设备、无人机等领域,例如免更换的心脏起搏器。