日本和韩国开发原型核电池

日本贫铀电池

日本原子能机构 （JAEA） 表示，铀蓄电池使用贫化铀（DU）作为负极活性材料，铁作为正极活性材料。原型铀可充电电池的单节电压为 1.3 伏，接近普通碱性电池的电压（1.5 伏）。电池经过 10 次充放电，电池的性能几乎没有变化，表明循环特性相对稳定。

“为了利用贫铀作为一种新资源，2000 年代初提出了使用铀作为活性材料的可充电电池的概念，”JAEA 指出。“然而，没有研究报告提供铀充电电池的具体性能。”它补充说：“如果增加铀充电电池的容量并投入实际使用，日本储存的大量贫铀将成为可再生能源供电网络以输出控制的新资源，从而为实现脱碳社会做出贡献。

根据 JAEA 的数据，目前日本储存了约 16,000 吨贫铀，全球储存了约 160 万吨。JAEA 表示，它现在的目标是通过循环电解质来提高铀蓄电池的容量。JAEA 说：“具体来说，我们将研究是否有可能通过增加循环电解质的量以及铀和铁的浓度来增加容量，以及构成蓄电池的电极和膜的最佳材料是什么。如果我们成功地提高了铀蓄电池的容量，并将其投入实际使用，并使用日本储存的贫铀在社会上实施，我们可以期待它们发挥新的作用，例如调整大型太阳能发电厂的供需。”

它表示，近年来，随着可再生能源的增加，对可充电电池的需求一直在增加。太阳能、风能和其他来源的发电受天气条件的影响，并且具有发电波动的不稳定性。在这种情况下，为了稳定电力供应，需要通过可充电电池等储能设备进行输出控制，新的储能技术的发展备受关注。

韩国放射性碳电池

韩国研究人员正在考虑将放射性碳作为安全、小型且经济实惠的核电池的来源，这些电池无需充电即可使用数十年或更长时间。

大邱庆北科学技术研究所的教授Su-Il In在3月23日至27日举行的美国化学学会春季会议上展示他的成果。这项研究由韩国国家研究基金会以及韩国科学部和信息通信技术部的大邱庆北科学与技术研究所研究与发展计划资助。

随着互联设备、数据中心和其他计算技术数量的增加，对长效电池的需求也在增加。然而，In 表示，锂离子 （Li-ion） 电池的性能“几乎饱和”。因此，他的团队正在开发核电池作为锂的替代品。

研究人员用碳 14 生产了一种原型 betavoltaic 电池，碳 14 是一种不稳定且具有放射性的碳形式，称为放射性碳。“我决定使用碳的放射性同位素，因为它只产生 β 射线，”In 说。此外，放射性碳是核电站的副产品，价格低廉、容易获得且易于回收。由于放射性碳的衰变非常缓慢，因此放射性碳动力电池理论上可以使用数千年。

为了显著提高新设计的能量转换效率，该团队使用了一种基于二氧化钛的半导体，这是一种常用于太阳能电池的材料，并通过钌基染料敏化。他们通过柠檬酸处理加强了二氧化钛和染料之间的结合。当来自放射性碳的 β 射线与处理过的钌基染料碰撞时，会发生一连串的电子转移反应，称为电子雪崩。然后雪崩穿过染料，二氧化钛可有效地收集产生的电子。

新电池的染料敏化阳极和阴极中也含有放射性碳。通过用放射性同位素处理两个电极，研究人员增加了 β 射线的产生量，并减少了两个结构之间与距离相关的 β 辐射能量损失。

在原型电池的演示过程中，研究人员发现，两个电极上的放射性碳释放的 β 射线会触发阳极上的钌基染料，从而产生电子雪崩，该电子雪崩被二氧化钛层收集并通过外部电路产生可用的电力。

这些耐用的核电池可以实现许多应用，In 说。其中包括为体内植入物、远程应用程序和卫星供电。例如，这种心脏起搏器可以持续一个人的一生，无需手术更换。

然而，这种 betavoltaic 设计仅将一小部分放射性衰变转化为电能，与传统锂离子电池相比，效能较低。In 表明，进一步优化 β 射线发射器的形状并开发更高效的 β 射线吸收器可以提高电池的性能并增加发电量。

摘译自WNN网站