这个概念可以实施于广泛的应用,从日常设备和起搏器到星际航行。
电池似乎总是在最糟糕的时刻耗尽 —— 比如大量计算前的计算器电池,一场精彩电影开始时的遥控器电池,或者停电时的手电筒电池。但是,如果我们的电池不仅能持续关键的几个小时,还能持续几代人呢?
布里斯托尔大学和英国原子能机构(UKAEA)的研究人员创造了世界上第一个碳-14钻石电池,其寿命长得惊人。布里斯托尔大学在12月4日的一份声明中描述了这种电池,它可以利用碳-14的衰变为设备供电数千年,碳-14是一种放射性同位素,通常用于测定有机文物的年代。这种创新的设计可以为任何地方的设备提供更环保的长期电力,从身体内部到距离地球数百光年的地方。
UKAEA氚燃料循环主任莎拉·克拉克(Sarah Clark)在声明中表示:“钻石电池提供了一种安全、可持续的方式来提供连续的微瓦级电力。它们是一种新兴技术,使用人造钻石安全地包裹少量的碳-14。”。
像碳-14这样的放射性同位素是不稳定的原子,当它们衰变为更稳定的元素时,会释放能量。碳-14在衰变过程中会释放电子,钻石电池可以捕捉电子产生的低水平的恒定能量,类似于太阳能电池板将光转化为电的方式。
UKAEA的高级工艺工程师埃塞萨·埃卡内姆(Eseosa Ekanem)在UKAEA的一段视频中说:“我们正试图在低于大气压的压力下制造一层薄薄的钻石。当这些电子穿过半导体材料钻石时,它有助于产生电能。”半导体在某些条件下可以导电。
碳-14的半衰期为5730年,这意味着在这段时间之后,只有一半的碳-14原始量会衰变,另一半仍然可以用来制造能量。这应该能让你知道碳-14钻石电池能持续多久。
根据声明,这种电池设计的应用“改变了游戏规则”。这种电池具有生物相容性,适合用于眼科植入物和助听器等医疗设备,尤其适用于需要通过外科手术更换电池的设备,如起搏器。虽然外部暴露于碳-14不会造成重大健康风险,但内部污染可能是危险的,而钻石外壳可确保放射性衰变得到安全控制。
由于钻石的耐寒性,这种电池甚至可以在更极端的环境中工作,比如未来的长途太空任务,在那里换掉传统电池并不容易。它们还可以为主动射频标签(用于跟踪的小型数据传输设备)提供动力,用于遥远的地面甚至地外地点的长期项目。
布里斯托尔大学的汤姆·斯科特说:“我们的微功率技术可以支持从空间技术、安全设备到医疗植入物的一系列重要应用。”“我们很高兴能够在未来几年与工业界和研究领域的合作伙伴一起探索所有这些可能性。”
然而,不仅仅是医疗和太空领域会从它的好处中获益。同样是UKAEA高级工艺工程师的法蒂玛·桑尼(Fatimah Sanni)说,研究人员设想,未来我们将“在几乎所有地方使用钻石电池”。她列举了小型卫星、电脑芯片、遥控器和手表等日常生活中的例子。钻石电池可以取代锂离子电池,锂离子电池的生产是温室气体密集型的,处理不当会向环境中释放有毒化学物质。
桑尼补充说:“再见,所有的锂离子废电池。当我们有了像钻石电池这样的清洁电池,就能缓解气候变化。”
希望,钻石电池有一天可能会彻底改变电池行业。
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