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用核廢料制成“鉆石電池”你見過(guò)嗎?
2020-09-08 10:40:23 來(lái)源:DeepTech深科技 編輯:

一塊手機(jī)電池能連續(xù)使用 9 年而無(wú)需充電,一個(gè)電池組能讓新能源汽車跑 100 年,一個(gè)電池模塊能給心臟起搏器持續(xù)供電 28000 年。

這些超現(xiàn)實(shí)的說(shuō)法,最近由美國(guó)加州一家名為 NDB 的能源公司提出,該公司表示,目前在納米金剛石電池上成功進(jìn)行了早期測(cè)試,使其更接近于實(shí)現(xiàn)。

這種令人驚奇的電池,其關(guān)鍵是利用放射性核廢料,這種廢料污染性極強(qiáng),輻射能持續(xù)數(shù)千年,核電站設(shè)施每年都會(huì)大量產(chǎn)生,且在安全處理(掩埋和包裝)方面構(gòu)成越來(lái)越大的挑戰(zhàn)。NDB 公司稱,它可以通過(guò)從石墨核廢料中提取碳 - 14,然后放進(jìn)鉆石內(nèi),當(dāng)核廢料衰變時(shí),它與碳相互作用可以產(chǎn)生一個(gè)小電流。

根據(jù)耗電量的不同,這種無(wú)需充電的電池有可能使用很長(zhǎng)時(shí)間,它有望用于為普通移動(dòng)設(shè)備、醫(yī)療產(chǎn)品、衛(wèi)星等供電,并可以為偏遠(yuǎn)地區(qū)提供能源。

不過(guò),目前該公司還沒(méi)有生產(chǎn)出產(chǎn)品原型,只是做了相關(guān)概念驗(yàn)證。NDB 首席戰(zhàn)略官尼爾 · 奈克(Neel Naicker)表示:“想象一下,一個(gè)你一天都不用給電池充電的世界。一塊電池能供電幾十年將會(huì)怎樣?這就是我們利用專有技術(shù)所能做到的。”

無(wú)疑,這種設(shè)想充滿了誘惑力。在 NDB 官網(wǎng)上寫道,到 2040 年重塑電力,并打造一個(gè)不用化石燃料的星球。

這個(gè)概念背后的基本原理其實(shí)并不新鮮,使用放射性同位素作為能量源在特殊設(shè)備中已非常成熟,例如現(xiàn)代的核動(dòng)力潛艇、航空母艦,乃至火星車,已能夠在沒(méi)有安全問(wèn)題的情況下制造電力。

但 NDB 利用核廢料發(fā)電的說(shuō)法,還是在科技界引起了謹(jǐn)慎的懷疑,例如:

“NDB 談到了正在開發(fā)中的低功率和高功率版本的電池,但在我們看到一些實(shí)際產(chǎn)品和輸出數(shù)據(jù)之前,這些說(shuō)法仍然模糊不清,沒(méi)有證據(jù),它們只是空談。”

“這一切聽起來(lái)都很棒,但還有一個(gè)關(guān)鍵因素被忽略了…… 這些設(shè)備的功率密度是多少?”“這種電池的功率密度極低,遠(yuǎn)低于鋰離子電池等化學(xué)電池。”

不過(guò),NDB 方面表示,一旦疫情相關(guān)的隔離措施得到緩解,他們將開始研制原型,并希望在兩年內(nèi)制造出來(lái)。

據(jù)官方資料披露,NDB 鉆石電池概念的證明由劍橋大學(xué)物理學(xué)家、2019 年物理研究所牛頓獎(jiǎng)?wù)芦@得者、半導(dǎo)體之父邁克爾 · 佩珀爵士(Sir Michael Pepper)領(lǐng)導(dǎo)。在此過(guò)程中,NDB 的專利電池實(shí)現(xiàn)了充電 40% 的突破,核心技術(shù)是其專有的納米金剛石表面處理的結(jié)果,它能有效地從鉆石中提取電荷。

而類似這種把核廢料封裝在鉆石里的電池,也不是首次被提出,一直存在較大爭(zhēng)議。

2016 年 11 月 27 日,英國(guó)布里斯托爾大學(xué)的一組科研人員就曾宣稱研制出一種人造鉆石,當(dāng)置于放射性場(chǎng)中時(shí),它能夠產(chǎn)生小電流,這項(xiàng)技術(shù)開發(fā)也是為了解決一些核廢料、清潔發(fā)電和電池壽命等問(wèn)題。

傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子在定子中旋轉(zhuǎn), 做切割磁力線的運(yùn)動(dòng),從而產(chǎn)生電流;與此路徑不同,人造鉆石只要放在靠近放射源的地方就能產(chǎn)生電荷。

該研究的主要參與者之一,布里斯托爾大學(xué)材料教授湯姆 · 斯科特(Tom Scott)表示:“這里沒(méi)有涉及運(yùn)動(dòng)部件,不產(chǎn)生排放物,也不需要維護(hù),就是直接發(fā)電。通過(guò)將放射性物質(zhì)封裝在鉆石中,我們就能將長(zhǎng)期存在的核廢料問(wèn)題,轉(zhuǎn)化為核動(dòng)力電池和清潔能源長(zhǎng)期供應(yīng)。”

當(dāng)時(shí)的研究小組展示了一種使用鎳 - 63 作為輻射源的鉆石電池原型。后來(lái),他們致力于通過(guò)使用碳 - 14 來(lái)顯著提高效率,碳 - 14 是一種放射性的碳,產(chǎn)生于核電站反應(yīng)的石墨塊中。布里斯托爾大學(xué)的研究表明,放射性碳 - 14 集中在這些塊體的表面,使得對(duì)其進(jìn)行處理以除去大部分放射性物質(zhì)成為可能。

提取出來(lái)的碳 - 14 隨后被封裝進(jìn)鉆石中,制成核廢料電池,英國(guó)目前擁有近 9.5 萬(wàn)噸石墨塊,通過(guò)從中提取碳 - 14,其放射性降低,減少了安全儲(chǔ)存這些核廢料的成本和挑戰(zhàn)。

布里斯托爾大學(xué)化學(xué)學(xué)院的尼爾 · ??怂?Neil Fox)博士曾解釋說(shuō):“之所以選擇碳 - 14 作為源材料,是因?yàn)樗l(fā)出短程輻射,任何固體材料都很快吸收這種輻射。這會(huì)使攝入或接觸裸露的皮膚變得危險(xiǎn),但安全地將其置于鉆石內(nèi),任何短程輻射都無(wú)法逃逸。”鉆石是人類已知的最堅(jiān)硬的物質(zhì),也是核廢料電池的最佳外殼材料。

湯姆 · 斯科特和尼爾 · ??怂惯€創(chuàng)立了一家名為 Arkenlight 的公司,探索將其核動(dòng)力電池商業(yè)化,計(jì)劃在 2024 年推出首批商用核電池。

不過(guò),有人擔(dān)心這種核廢料電池即便能實(shí)現(xiàn),也可能會(huì)造成更分散或更危險(xiǎn)的核污染,畢竟它會(huì)存在于我們的家庭和生活之中;但也有人認(rèn)為,將核廢料回收制成電池的想法完全不靠譜,有一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是無(wú)法抑制 C-14 的核衰變,因此電池將連續(xù)發(fā)電,電池會(huì)隨之持續(xù)升溫,故而需要主動(dòng)冷卻裝置。該電池永遠(yuǎn)無(wú)法為手機(jī)或電動(dòng)汽車供電,因?yàn)樗緹o(wú)法關(guān)閉,只能將功率輸出限制為毫瓦。

“請(qǐng)想象一個(gè)能產(chǎn)生 100 千瓦功率以驅(qū)動(dòng)汽車的鉆石電池,當(dāng)你停止移動(dòng)時(shí),必須打開風(fēng)扇等冷卻裝置釋放足夠的熱量,否則電池會(huì)過(guò)熱并導(dǎo)致著火,而將其縮小到手機(jī)電池的大小,即便是 1 瓦也可能會(huì)逐漸在主板上燒出一個(gè)洞,你肯定會(huì)一直感覺手機(jī)在發(fā)熱。”一位網(wǎng)友評(píng)論道。

看過(guò)漫威電影的人,肯定對(duì)鋼鐵俠胸口的 “方舟反應(yīng)爐” 印象深刻,一個(gè)小小的模塊就能為強(qiáng)大的鋼鐵俠機(jī)甲提供充沛動(dòng)力乃至攻擊能量輸出,可以說(shuō)十分科幻。至于這種同樣科幻的 “鉆石電池” 距離能實(shí)際應(yīng)用還有多遠(yuǎn),可以拭目以待。

關(guān)鍵詞: 納米金剛石電池

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