安全、紧凑的核电池或将彻底改变能源存储方式

核能无处不在？

当核能发电成为一项实用技术时，它给人们带来了希望：迄今为止仅用于制造世界末日炸弹的能源也可以拯救同一个文明免于资源枯竭。

随着气候变化日益受到关注， 核电正在复兴因为它是一种可用、可扩展且低碳的能源，可以弥补能源短缺，直到可再生能源和电池准备好取代化石燃料。而且新的核电站设计即将问世，可以使其更便宜、更安全、更灵活，正如我们在“SMR（小型模块化反应堆）最新动态——仍然是核电的未来“和”第四代核电：更便宜、更清洁、更安全“。

然而，这些大型发电厂并不是科幻小说家最初设想的核能。艾萨克·阿西莫夫等思想家的野心更大，他们设想的小型核发电机可以装进火车、汽车甚至更小的设备中，从而使给它们充电或加油的想法基本上过时了。

随着核电池的出现，我们朝着这个方向迈出了一步，这种核电池足够小，可以为小型电子设备供电。而且，这种电池运行起来是安全的。

这项研究成果在美国化学学会（ACS）春季会议上发表， 秀一仁韩国大邱庆北科学技术研究院教授，论文题目为“下一代电池：高效稳定的C14染料敏化贝塔伏打电池”。

来源: 亚洲研究新闻

电池限制

当今大多数电子设备的容量都受到电池的限制，通常采用锂离子技术。智能手机、无人机、传感器等都是如此。

此外，开采锂是一个破坏环境的过程，锂将来可能会成为一种污染物。

因此，科学家们长期以来一直在考虑使用放射性衰变的替代方案，这个过程需要数百年甚至数万年，这是一种更好的替代方案，根本不需要重新装载设备。

然而，由于此类装置具有放射性，因此必须满足最严格的安全标准。

β-放射性

放射性物质有多种形式。其中，伽马衰变是最危险的，因为它会发出非常强大的伽马射线，可导致癌症和其他损害。

来源: 复合化学

阿尔法衰变和贝塔衰变的危险性要小得多，而且放射性排放可以用一层薄薄的铝甚至只是一张纸来阻止。

来源: 西俄勒冈大学

选择正确的同位素

哪种放射性活动取决于放射性元素及其同位素，因此有些电源比其他电源安全得多。因此，铀之类的材料不适合用于小型核电池。

然而，碳-14（一种天然存在的碳同位素，常用于建立年代测定技术）将是一个很好的匹配。

另一个优势是，碳-14 无论如何都是由现有的核电站生产的，因此价格低廉、随时可用且易于回收。最后，

“我决定使用碳的放射性同位素，因为它只产生β射线。而且由于放射性碳的降解速度非常慢，因此放射性碳电池理论上可以使用数千年。”

尹秀一 – 大邱庆北科学技术院教授

Betavoltaic 技术

利用β衰变发电并不是一个全新的概念，它被称为β伏特，用β粒子取代传统光伏技术中使用的光子。

在贝塔伏特电中，电子而不是光子撞击半导体，从而产生电能。

这种半导体材料是关键部分，因为它的效率将决定整体能量转换效率。到目前为止，贝塔伏特半导体的效率非常低，或者太脆弱，无法像核燃料那样持久。

二氧化钛半导体

In教授及其团队采用了太阳能电池中常用的材料二氧化钛，并添加了钌基染料。为了使染料和半导体之间的结合足够牢固，他们使用了柠檬酸处理。

当钌染料被β粒子（一种强大的电子）击中时，会产生一系列电子转移反应，称为电子雪崩。然后二氧化钛收集产生的电子并将其转化为可用的电能。

处理两个电极

研究人员发现，通过将钌染料放在核电池的阴极和阳极上，可以大幅提高该过程的效率。

与之前仅在阴极上使用放射性碳的设计相比，这导致了更高的能量转换效率，从 0.48% 提高到 2.86%。

应用

由于该系统目前可能比通常的电池更昂贵，因此它会发现它的首批应用并不是更换或给电源充电才是最有用的。

例如，心脏起搏器和其他医疗植入物可以使用这种β-伏打电池终生供电。

核反应堆、工厂、深海或深空等敏感或恶劣环境中的传感器也可以从这一概念中受益匪浅。

进一步改进

这项技术及其显著的效率提升与其他研究一起，旨在利用放射性衰变在不使用核反应堆的情况下产生能量。例如， 我们最近讨论了利用核废料生产另一种核电池的想法.

In 教授建议进一步努力优化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。

总体而言，随着我们对半导体和稀有金属的了解不断加深，这项技术可能会不断改进。

投资核能

Cameco –西屋电气公司

2022年， Cameco 决定收购美国领先的核电站建设者西屋电气 49% 的控股权，以及大型投资公司 Brookfield（51% 控制权）。

该公司拥有一个规模庞大的可再生/低碳发电部门，投资额达 19 亿美元 布鲁克菲尔德可再生伙伴 (BEP )。布鲁克菲尔德公司作为一个整体，是一家大型资产管理公司，管理着近一万亿美元的资产。

这意味着西屋电气现在将能够获得非常雄厚的资金，这对于核反应堆建造者来说通常是一个问题，因为新项目需要多年投资才能带来收入。

虽然实现收入需要较长时间，但一旦投入建设，新反应堆就能为西屋电气带来收入，具体来源为 6^th 经过一年的设计和工程研究，并将在整个建设项目中持续进行超过 10 年的时间。

来源: Cameco公司

西屋电气的主力是久经考验的 AP1000 反应堆设计（其中 6 个在运行，6 个在建设中），采用 公司的 CANDU 标准，是世界上最常见的一种。

它还致力于 AP300小型模块化反应堆，可能会部署 在斯洛伐克, 芬兰和 瑞典，并 微反应器e-Vinci展现了公司不断创新以及如何紧跟行业最新趋势。

来源: 西屋

西屋电气在核能供应链中发挥着重要作用。由于监管严格，任何新建核电站（无论是传统核电站还是 SMR 核电站）都需要此类零部件和设备。

总体而言，即使铀供应问题得到解决，铀价暴跌，西屋电气的所有权也应该能让 Cameco 至少在未来几十年内受益于正在进行的核能复兴。

Cameco 公司的其他子公司是一家铀矿开采商，可能也将受益于核能的复兴。其主要矿业资产位于加拿大和哈萨克斯坦。

从历史上看，铀和核反应堆公司一直饱受核灾难的恐惧和对核废料的担忧。

随着更新、更安全的设计日趋成熟，核废料也从问题变成宝贵资源，这应该不再是问题。这包括用于贝塔伏特电池的碳-14 生产，这可能会成为西屋发电厂的额外生产。

此外，在可再生能源仍需完全解决间歇性生产问题（尤其是在冬季）的情况下，推动更多低碳电力来源应该有助于核能强势回归。

（如果您对本研究中使用的元素的需求潜力更感兴趣，您也可以咨询 我们关于钛投资的报告)

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