蓋世汽車訊 有時手機會比預期更早沒電，或者電動汽車沒有足夠的電量到達目的地。這些設備和其他設備中的可充電鋰離子（Li-ion）電池通常一次充電可使用數小時或數天。然而，隨著反覆使用，電池性能會下降，需要更頻繁地充電。而頻繁充電不僅不方便，還限制了使用電池供電的技術（如無人機和遙感設備）的實用性。

此外，電池對環境也有危害：開採鋰需要大量能源，不當處理鋰離子電池會污染生態系統。但隨著聯網設備、數據中心和其他計算技術的普及，對長壽命電池的需求也在增加。

圖片來源：大邱慶北科學技術學院

而更好的鋰離子電池可能不是解決這一挑戰的答案。“鋰離子電池的性能幾乎已經飽和，”大邱慶北科學技術學院（Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology）教授Su-il In表示。

核電池利用放射性物質發射的高能粒子來發電。並非所有放射性元素都會發射對生物體有害的輻射，某些輻射可以被某些材料阻擋。例如，β粒子（也稱為β射線）可以用薄鋁片遮罩，這使得貝塔伏特電池成為核電池的潛在安全選擇。

據外媒報導，教授Su-il In及其研究團隊正在考慮將放射性碳作為安全、小型且價格合理的核電池的來源，這種電池無需充電即可使用數十年或更長時間。

研究人員用碳-14（一種不穩定且具有放射性的碳形式，稱為放射性碳）製作了一個原型貝塔伏特電池。“我決定使用碳的放射性同位素，因為它只產生β射線，”In表示。

此外，放射性碳是核電站的副產品，價格低廉、隨時可用且易於回收。由於放射性碳降解速度非常慢，放射性碳電池理論上可以使用數千年。

在典型的貝塔伏特電池中，電子撞擊半導體，從而產生電能。半導體是貝塔伏特電池中的關鍵元件，因為它們主要負責能量轉換。

因此，科學家們正在探索先進的半導體材料，以實現更高的能量轉換效率——衡量電池將電子轉換成可用電能的效率。

為了顯著提高新設計的能量轉換效率，In和團隊使用了一種二氧化鈦基半導體，這是一種常用於太陽能電池的材料，並用釕基染料敏化。研究人員用檸檬酸處理加強了二氧化鈦和染料之間的結合。

當放射性碳產生的β射線與經過處理的釕基染料發生碰撞時，會發生一系列電子轉移反應，稱為電子雪崩。然後雪崩穿過染料，二氧化鈦有效地收集產生的電子。

新電池的染料敏化陽極和陰極中也有放射性碳。通過用放射性同位素處理兩個電極，研究人員增加了產生的β射線量，並減少了兩個結構之間與距離相關的β輻射能量損失。

在演示原型電池時，研究人員發現，兩個電極上的放射性碳釋放的β射線會觸發陽極上的釕基染料，從而產生電子雪崩，該電子雪崩被二氧化鈦層收集並通過外部電路，產生可用的電能。

與之前僅在陰極上使用放射性碳的設計相比，研究人員的電池在陰極和陽極上都有放射性碳，其能量轉換效率高得多，從0.48%提高到2.86%。

In表示，這些持久的核電池可以實現許多應用。例如，心臟起搏器可以持續一個人的一生，無需進行手術更換。

然而，這種貝塔伏特設計只能將一小部分放射性衰變轉化為電能，導致性能低於傳統鋰離子電池。In建議進一步努力優化貝塔射線發射器的形狀並開發更高效的貝塔射線吸收器，可以提高電池的性能並增加發電量。

隨著氣候問題日益嚴重，公眾對核能的看法正在發生變化。但人們仍然認為核能只是在偏遠地區的大型發電廠生產的能源。In表示，有了這些雙源染料敏化貝塔伏特電池，“我們可以將安全的核能放入手指大小的設備中。”