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目前，隨著全球能源需求不斷上漲和低碳化發(fā)展要求，風(fēng)電、水電、核電等清潔能源正越來越受到各方關(guān)注。
其中，核電使用少量燃料，就能產(chǎn)生巨大能量，世界各地的核反應(yīng)堆建設(shè)也越來越多。不過，這些反應(yīng)堆同時會產(chǎn)生大量對人體和環(huán)境有害的放射性廢物。
為解決這個問題，專家們提出了多種方案。由于很難將核廢料安全地保存處理，這些方案中的一個重點是對其進行再利用。
β 粒子撞擊半導(dǎo)體材料，可產(chǎn)生電流，進而轉(zhuǎn)化為電能。但 β 粒子是從不同方向上發(fā)射，能夠擊中半導(dǎo)體的數(shù)量不多，產(chǎn)生的電能較小，效率因此還不高。
放射性金剛石電池使用了化學(xué)氣相沉積（Chemical Vapor Deposition，CVD）工藝。該工藝廣泛用在人造金剛石制造上。
研究人員對 CVD 工藝調(diào)整后，通過添加含有放射性同位素碳-14 的放射性甲烷來生成放射性鉆石。內(nèi)部的核廢料充當(dāng)燃料，在 β 輻射下，將能獲得無須充電的長時間有效電池。
布里斯托大學(xué)化學(xué)學(xué)院能源材料教授尼爾·福克斯（Neil Fox）解釋說：“選擇碳-14 作為原材料，因為它發(fā)出短程輻射，這種輻射會很快被任何固體材料吸收。”
不過，布里斯托團隊表示，其放射性金剛石電池（含有 1 克碳-14）提供的功率較低，只有幾微瓦，小于典型的 AA 電池（5 號電池）。因此目前的應(yīng)用僅限于傳感器與起搏器等小型、低功耗設(shè)備，還無法用在筆記本電腦或智能手機上。
值得一提的是，對于布里斯托團隊科學(xué)家研發(fā)的放射性金剛石電池，英國公司 Arkenlight 準(zhǔn)備將其進行上市，該公司第一款微型電池產(chǎn)品預(yù)計在 2023 年下半年發(fā)布。
另外，美國的一家成立于 2012 年的公司 NDB Inc. 也正計劃商業(yè)化放射性金剛石電池。在 2016 年，該公司推出了金剛石版本電池，并于大概 4 年后宣布完成了概念驗證測試，其還利用納米技術(shù)建造了一種大功率納米金剛石電池。
NDB公司的納米金剛石電池被描述為alpha、beta和中子伏打電池，根據(jù)他們的網(wǎng)站，它們有幾個新功能。
耐用性。該公司計算出這些電池可以使用長達 28,000 年，這意味著它們可以可靠地為長期任務(wù)、空間站和衛(wèi)星中的太空飛行器提供動力。地球上的無人機、電動汽車和飛機永遠(yuǎn)不需要停下來充電。
安全。鉆石不僅是最硬的物質(zhì)之一，也是世界上導(dǎo)熱性最強的材料之一，它有助于防止制造電池的放射性同位素產(chǎn)生的熱量，并很快將其轉(zhuǎn)化為電流。
市場友好性。其中的 PCD 薄膜層允許電池具有不同的形狀和形式。這就是為什么納米金剛石電池可以多用途并進入不同市場的原因。
值得注意的是，據(jù)了解，NDB 的消費者版本電池只可維持十年左右時間。
NDB公司納米金剛石電池同樣計劃于2023年上市。
可以看到，在使用時間上，放射性金剛石電池要比傳統(tǒng)電池壽命長得多。如果能將其開發(fā)成通用電池，像我們常用的智能手機等設(shè)備或?qū)氐讛[脫沒電煩惱。
不過，目前，通用核電池的短期內(nèi)很難替代鋰離子等電池，傳統(tǒng)電池在成本、安全性方面仍具有一定優(yōu)勢。放射性金剛石電池是否是核廢料的最終或者較好的解決方案，也有待進一步觀察。
但不管怎么說，如今，隨著各種電子設(shè)備、電動汽車等的普及，人類也正執(zhí)行月球、火星等太空探索任務(wù)，人們對電池技術(shù)的研究需求日益增長，放射性金剛石電池或是實現(xiàn)可持續(xù)未來的一種選擇，其發(fā)展前景值得期待，希望該類電池能以經(jīng)濟高效和安全的方式早日被推向市場。
相關(guān)文獻鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2468606921000538?via%3Dihub
參考來源：
https://www.thebrighterside.news/post/scientists-turn-nuclear-waste-into-diamond-batteries-lasting-1-000-s-of-years
http://www.bristol.ac.uk/cabot/news/2016/diamond-battery.html
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