中国科研团队登《自然》：微核电池实现8000倍能量转换效率提升

中国科研团队登《自然》：微核电池实现8000倍能量转换效率提升

2024年9月18日，中国科研团队在核能电池领域取得重大突破。苏州大学王殳凹教授团队联合西北核技术研究所和湘潭大学等机构，成功开发出一种新型微型核电池，其能量转换效率达到前所未有的水平。这一研究成果发表在国际顶级学术期刊《自然》杂志上，标志着中国在核能电池领域迈出了重要一步。

这种新型微型核电池的核心创新在于“内置能量转换器”的设计。研究团队通过将锕系元素与发光镧系元素在分子层面进行耦合，成功实现了放射性核素衰变能到光能的高效转换。实验结果显示，这种设计使得能量转换效率相比传统结构提升了近8000倍。

具体来说，研究团队将243Am（镅的一种同位素）掺杂到发光镧系（Tb3+）元素配位聚合物中，实现了放射性核素与能量转换单元的分子级耦合。在仅使用不到10 µCi 243Am的情况下，就观测到了明显的自发光现象。进一步测试表明，从衰变能到自发光的能量转化效率显著提高。

基于这一创新设计，研究团队开发出的新型微型辐光伏核电池展现了惊人的性能。其总能量转换效率达到了0.889%，单位活度功率为139μW∙Ci-1，这两项指标均创下历史新高。更重要的是，这种电池在持续运行200小时后，性能参数几乎没有衰减，展现出极高的稳定性和可靠性。

这种微型核电池具有体积小、重量轻、寿命长、环境适应性强等特点，使其在多个领域展现出广阔的应用前景。

• 航空航天：为深空探测器、卫星等提供持久稳定的能源供应
• 无人系统：为无人机、水下机器人等提供长时间续航能力
• 医疗设备：为植入式医疗设备提供长期电力支持
• 极端环境监测：在高温、低温、辐射等恶劣环境下持续工作

在核能电池领域，各国都在积极布局，但目前尚未有其他国家达到中国此次的研究水平。美国、俄罗斯等国虽然在核电池技术方面有一定积累，但主要集中在航空航天等特定领域，且能量转换效率相对较低。此次中国科研团队的突破，不仅在技术上实现了重大创新，也为核能电池的民用化开辟了新的路径。

尽管这一成果令人振奋，但要实现大规模应用，仍需解决一些关键问题。例如，如何降低生产成本、如何确保长期使用的安全性等。研究团队表示，他们正在积极与相关企业合作，推动这一技术的产业化进程。

中国科研团队在《自然》杂志上发表的这一成果，不仅展示了中国在核能电池领域的创新能力，也为全球能源技术的发展注入了新的动力。随着技术的不断进步和应用领域的拓展，微型核电池有望成为未来能源领域的一颗璀璨明珠。