其實,世界上真的有這種終極形態(tài)的電池:核電池,并且在60年代就獲得了長足的發(fā)展,在航天、醫(yī)學(xué)、軍事上的應(yīng)用非常廣泛。
1 核電池的形態(tài)
獲取核能有三種形式:核裂變,核聚變,核衰變。原子彈是裂變,氫彈是聚變。原子通過分裂或聚合的反應(yīng)方式釋放能量,都是驚天動地,山崩地裂。 而核衰變,是放射性原子持續(xù)向外自發(fā)釋放能量的過程。過程溫和,功率相對于核反應(yīng),忽略不計。目前人類使用的核電池即是核衰變電池,也是初代核電池。
放射性同位素在衰變過程中,會持續(xù)不斷的放出具有熱能的射線。利用半導(dǎo)體換能器將熱能轉(zhuǎn)換為電能的裝置即為核電池,以原子自然衰變釋放的能量為動力。
一般核電池外觀與普通化學(xué)電池相近,為圓柱形。在圓柱的中心密封有放射性同位素源,外面包裹著半導(dǎo)體換能器。換能器的外層為防輻射屏蔽層,最外層是金屬筒形的外殼。
核電池按放射性元素的不同可分為高電壓型和低電壓型。高電壓型應(yīng)用在航天與軍事用途上。低電壓型體積可以制造的很小,通常在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用。
2 應(yīng)用場合
醫(yī)學(xué)醫(yī)用核電池大小通常是直徑9毫米、長度13毫米的圓柱形電池狀,重量一般在40-100多克。世界上已經(jīng)有數(shù)以萬計的心臟病患者植入了核電池驅(qū)動的心臟起搏器,給予了他們第二次生命,使用壽命在15年。
如果更換為相同功率和壽命的化學(xué)電池,那么和人體的體重一樣重。化學(xué)電池植入體內(nèi)的患者需要頻繁進(jìn)行開胸手術(shù)來更換,這無疑是冒著生命危險承受巨大的痛苦。
航天對太空飛行器而言,重量和性能的要求極其苛刻。核電池因為充足的能量超長的壽命,不受外界環(huán)境的溫度、壓力、化學(xué)反應(yīng)、電磁反應(yīng)等影響持續(xù)釋放能量的特性,而擁有化學(xué)電池不可比擬的優(yōu)勢,只要空間存在,就可以工作的能力,簡直是太空飛行的最佳電源。
下圖宇航員手持的圓柱形設(shè)備即是核電池:中國的航天同位素核電池由中國原子能科學(xué)研究院在2006年研制成功。“嫦娥”探測器登月,即使用了核電池。
月球白天黑夜的交替是14天一次,月球白晝溫度127攝氏度。黑夜溫度驟降至零下190攝氏度,300度的溫差,如此寒冷的溫度,“玉兔”月球車上的所有儀器都會被凍壞。如此低溫,無論是鋰電池,還是氫電池或者鋁電池,全都不能正常工作。黑暗中的月球車和嫦娥探測器就依靠核電池的能量保持溫度和地面的通訊,等待著白晝的來臨。
核電池的優(yōu)點非常多,但是一樣有缺點。作為目前使用的初代核電池,受限于熱能轉(zhuǎn)換材料的性能,只有10%-20%的熱能被利用。其余的能量被浪費無法轉(zhuǎn)換。受限于熱能轉(zhuǎn)換率,電流有限,如果要提供足夠的功率,大體積隨即會產(chǎn)生高輻射。
隨著科技和材料性能的提升,在進(jìn)一步提高熱能轉(zhuǎn)化率和更換放射性同位素之后,將來的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏訌V泛,包括地球上的極地、海島、高山、沙漠、深海等自然環(huán)境惡劣,交通不便的地方,都會是它大顯身手之地。 但是,在民用領(lǐng)域,因為價格和安全性問題,核電池的推廣和普及有極大的難度。
當(dāng)下,我們只有在專業(yè)領(lǐng)域,看它大放異彩了。特別是充滿了幻想和未知的太空,這是核電池的應(yīng)用海洋。