蘇州大學重磅Nature，微核電池！

一、【科學背景】

微核電池利用放射性同位素的放射性衰變產生小規模電量，通常在納瓦或微瓦范圍內。與化學電池不同的是，微核電池的壽命與所用放射性同位素的半衰期有關，使用壽命可長達數十年。此外，放射性衰變不受溫度、壓力和磁場等環境因素的影響，使微核電池成為傳統電池不切實際或難以更換的場合中持久可靠的電源。常見的镅放射性同位素（²⁴¹Am和²⁴³Am）是α衰變發射體，半衰期超過數百年。在傳統微核電池結構中，嚴重的自吸收阻礙了高效的α衰變能量轉換，使得基于α放射性同位素微核電池的開發具有挑戰性。

二、【創新成果】

近期，蘇州大學王殳凹教授、王亞星教授聯合西北核技術研究院歐陽曉平院士在Nature上發表了題為“Micronuclear battery based on a coalescent energy transducer”的論文，提出了一種包含匯聚能量轉換器的微核電池結構。具體的，通過將²⁴³Am并入發光鑭系配位聚合物中而形成一個聚結能量轉換器，與傳統結構相比，從α衰變能量到持續自發光的能量轉換效率提高了8000倍。當與將自發光轉化為電能的光伏電池結合使用時，可獲得一種新型放射性光伏微核電池，其總功率轉換效率為0.889%，單位活動功率為139微瓦每居里(μW?Ci^-1)。?

圖1? 兩種不同結構的放射性光伏電池 ? 2024 Springer Nature

圖2? TbMel:1%Am樣品的合成和自發光特性的表征 ? 2024 Springer Nature

圖3? ²⁴³Am金屬源模型和聚能傳感器模型之間能量轉換的試驗和蒙特卡羅劑量評估 ? 2024 Springer Nature

圖4? 放射性光伏核電池的性能 ? 2024 Springer Nature

三、【科學啟迪】

綜上，本研究通過創新的匯聚能量轉換器結構，提出一種新型微核電池，實現了顯著的能量轉換效率提升。實驗結果表明，與傳統的放射性源-能量轉換器結構相比，新架構在α衰變能量轉換方面表現出了卓越的性能，實現了0.889%的總功率轉換效率和139 μW?Ci^-1的功率輸出。此外，該電池展示了優異的長期穩定性，即使在持續的內部照射下也能保持穩定的自發光強度，證明了其作為長期可靠微電源的潛力。這些發現不僅為微核電池的發展提供了新的方向，也為未來在極端環境或難以更換電池的應用中提供了新的能源解決方案。隨著進一步的優化和集成，這種新型微核電池有望在各種需要長期、穩定電力供應的領域中發揮重要作用。

原文詳情：Micronuclear battery based on a coalescent energy transducer (Nature 2024, DOI: 10.1038/s41586-024-07933-9)

本文由大兵哥供稿。