核電池示意圖

近年來，光伏發(fā)電的成本持續(xù)下降，新一代電池在效率極限方面面臨極大的壓力。因此，在我們能夠以可持續(xù)的方式產(chǎn)生和使用電力之前，能源儲存似乎是我們所面臨的重大技術(shù)挑戰(zhàn)。如今，由美國陸軍研究實驗室的科學家們領(lǐng)導的一項新研究有望為新型同位素電池鋪平道路。

尤其對于軍隊來說，電池的能量密度一直是一個大問題。更高的能量密度可以延長關(guān)鍵設(shè)備的運行時間，但給電池充電卻不總是那么容易。士兵們似乎更有可能使用過多的高科技設(shè)備。化學電池是一項相對成熟的技術(shù)，然而隨著對越來越多材料的探索，電池的功率密度方面不太可能得到實質(zhì)性的改善。

“因此，我們有充足的理由來擴大陸軍的動力來源。例如，這將推動軍隊用改性化學電池的研究，以減輕士兵們的負擔；同時，確定獲得同位素儲存能量可行性的研究也正在進行中，其密度是化學品可提供密度的10萬倍。可以說，我們正試圖超越一種全新電池的‘化學極限’。”美國陸軍研究實驗室功率器件部門負責人James Carroll博士說道。

研究人員正在研究的同位素效應已經(jīng)被提出了一段時間，但該論文（ 發(fā)表在2月8日的《自然》雜志上）首次報導了能量儲存和釋放機制。該方法就是采用非裂變放射性同位素；在該研究中，就使用了鉬的放射性同位素。這些同位素的原子核可以被激發(fā)到“亞穩(wěn)態(tài)”狀態(tài)，能持續(xù)大約七個小時。在此過程中，原子核便能夠儲存能量。

原子核能以特定的方式去激發(fā)。首先，原子被電離，在一個電子軌道上留下空穴。如果空穴中充滿了相等的能量，那么這些能量中的一部分就會轉(zhuǎn)移到原子核上，從而導致原子脫離亞穩(wěn)態(tài)，釋放能量。人們或許可以想象許多初始化的鉬核，它們可以讓電子通過材料，同時被激發(fā)，來釋放儲存的能量。這樣做的主要優(yōu)點是儲存的能量密度數(shù)量級更高——畢竟，本質(zhì)上是一個核過程 。

對電子捕獲導致原子核被激發(fā)的物理效應研究已有40多年的歷史，但軍隊希望尋找新的基本儲存和釋放能量的方法來促進這項研究。來自俄羅斯核研究聯(lián)合研究所的核科學家們同來自歐洲和澳大利亞的大學展開了合作，共同進行這項研究，實際的演示實驗早于2015年12月就在阿貢國家實驗室的ATLAS工廠展開。

自1913年以來，核電池的概念一直存在，當時Henry Mosely展示了第一臺beta電流裝置——一種僅使用放射性物質(zhì)的自然衰變來產(chǎn)生電流的電池。與化學電池相比，核電池的高昂成本限制了它們的使用，但它們可以提供持久且高能量密度的電力，這一優(yōu)勢已經(jīng)被用于特定的醫(yī)療、軍事和太空領(lǐng)域中。這不禁讓人想起太陽能電池板最初是如何被應用的——在價格下降到足以廣泛使用之前，首先應用于特定領(lǐng)域。

現(xiàn)在這種效應的第一次實驗演示已經(jīng)成功，它們可以用來測試和驗證已經(jīng)存在的理論模型，而這反過來又會促進更優(yōu)模型的創(chuàng)建。美國陸軍研究實驗室致力于生產(chǎn)在該領(lǐng)域十分有用的技術(shù)——但即使這種特殊類型的核電池已被證明是不切實際的，基礎(chǔ)物理學研究仍然對核物理學有價值。在第一次關(guān)于輻射的爭論之后的一個多世紀里，我們?nèi)匀辉诮忾_原子的秘密，并試圖確定我們是否可以利用它們來獲得更多的優(yōu)勢。

原文來自azom