用核廢料制成“鉆石電池”，可以讓汽車跑100年？

2016 年 11 月 27 日，英國布里斯托爾大學(xué)的一組科研人員就曾宣稱研制出一種人造鉆石，當(dāng)置于放射性場中時(shí)，它能夠產(chǎn)生小電流，這項(xiàng)技術(shù)開發(fā)也是為了解決一些核廢料、清潔發(fā)電和電池壽命等問題。

一塊手機(jī)電池能連續(xù)使用 9 年而無需充電，一個(gè)電池組能讓新能源汽車跑 100 年，一個(gè)電池模塊能給心臟起搏器持續(xù)供電 28000 年。

這些超現(xiàn)實(shí)的說法，最近由美國加州一家名為 NDB 的能源公司提出，該公司表示，目前在納米金剛石電池上成功進(jìn)行了早期測試，使其更接近于實(shí)現(xiàn)。

這種令人驚奇的電池，其關(guān)鍵是，這種廢料污染性極強(qiáng)，輻射能持續(xù)數(shù)千年，核電站設(shè)施每年都會(huì)大量產(chǎn)生，且在安全處理(掩埋和包裝)方面構(gòu)成越來越大的挑戰(zhàn)。NDB 公司稱，它可以通過從石墨核廢料中提取碳 - 14，然后放進(jìn)鉆石內(nèi)，當(dāng)核廢料衰變時(shí)，它與碳相互作用可以產(chǎn)生一個(gè)小電流。

根據(jù)耗電量的不同，這種無需充電的電池有可能使用很長時(shí)間，它有望用于為普通移動(dòng)設(shè)備、醫(yī)療產(chǎn)品、衛(wèi)星等供電，并可以為偏遠(yuǎn)地區(qū)提供能源。

不過，目前該公司還沒有生產(chǎn)出產(chǎn)品原型，只是做了相關(guān)概念驗(yàn)證。NDB 首席戰(zhàn)略官尼爾 · 奈克(Neel Naicker)表示：“想象一下，一個(gè)你一天都不用給電池充電的世界。一塊電池能供電幾十年將會(huì)怎樣?這就是我們利用專有技術(shù)所能做到的?！?

無疑，這種設(shè)想充滿了誘惑力。在 NDB 官網(wǎng)上寫道，到 2040 年重塑電力，并打造一個(gè)不用化石燃料的星球。

這個(gè)概念背后的基本原理其實(shí)并不新鮮，使用放射性同位素作為能量源在特殊設(shè)備中已非常成熟，例如現(xiàn)代的核動(dòng)力潛艇、航空母艦，乃至火星車，已能夠在沒有安全問題的情況下制造電力。

但 NDB 利用核廢料發(fā)電的說法，還是在科技界引起了謹(jǐn)慎的懷疑，例如：

“NDB 談到了正在開發(fā)中的低功率和高功率版本的電池，但在我們看到一些實(shí)際產(chǎn)品和輸出數(shù)據(jù)之前，這些說法仍然模糊不清，沒有證據(jù)，它們只是空談?！?

“這一切聽起來都很棒，但還有一個(gè)關(guān)鍵因素被忽略了…… 這些設(shè)備的功率密度是多少?”“這種電池的功率密度極低，遠(yuǎn)低于鋰離子電池等化學(xué)電池?！?

不過，NDB 方面表示，一旦疫情相關(guān)的隔離措施得到緩解，他們將開始研制原型，并希望在兩年內(nèi)制造出來。

據(jù)官方資料披露，NDB 鉆石電池概念的證明由劍橋大學(xué)物理學(xué)家、2019 年物理研究所牛頓獎(jiǎng)?wù)芦@得者、半導(dǎo)體之父邁克爾 · 佩珀爵士(Sir Michael Pepper)領(lǐng)導(dǎo)。在此過程中，NDB 的專利電池實(shí)現(xiàn)了充電 40% 的突破，核心技術(shù)是其專有的納米金剛石表面處理的結(jié)果，它能有效地從鉆石中提取電荷。

而類似這種把核廢料封裝在鉆石里的電池，也不是首次被提出，一直存在較大爭議。

傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子在定子中旋轉(zhuǎn)， 做切割磁力線的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生電流;與此路徑不同，人造鉆石只要放在靠近放射源的地方就能產(chǎn)生電荷。

該研究的主要參與者之一，布里斯托爾大學(xué)材料教授湯姆 · 斯科特(Tom Scott)表示：“這里沒有涉及運(yùn)動(dòng)部件，不產(chǎn)生排放物，也不需要維護(hù)，就是直接發(fā)電。通過將放射性物質(zhì)封裝在鉆石中，我們就能將長期存在的核廢料問題，轉(zhuǎn)化為核動(dòng)力電池和清潔能源長期供應(yīng)?！?

當(dāng)時(shí)的研究小組展示了一種使用鎳 - 63 作為輻射源的鉆石電池原型。后來，他們致力于通過使用碳 - 14 來顯著提高效率，碳 - 14 是一種放射性的碳，產(chǎn)生于核電站反應(yīng)的石墨塊中。布里斯托爾大學(xué)的研究表明，放射性碳 - 14 集中在這些塊體的表面，使得對其進(jìn)行處理以除去大部分放射性物質(zhì)成為可能。

提取出來的碳 - 14 隨后被封裝進(jìn)鉆石中，制成核廢料電池，英國目前擁有近 9.5 萬噸石墨塊，通過從中提取碳 - 14，其放射性降低，減少了安全儲(chǔ)存這些核廢料的成本和挑戰(zhàn)。

布里斯托爾大學(xué)化學(xué)學(xué)院的尼爾 · ?？怂?Neil Fox)博士曾解釋說：“之所以選擇碳 - 14 作為源材料，是因?yàn)樗l(fā)出短程輻射，任何固體材料都很快吸收這種輻射。這會(huì)使攝入或接觸裸露的皮膚變得危險(xiǎn)，但安全地將其置于鉆石內(nèi)，任何短程輻射都無法逃逸?！便@石是人類已知的最堅(jiān)硬的物質(zhì)，也是核廢料電池的最佳外殼材料。

湯姆 · 斯科特和尼爾 · ?？怂惯€創(chuàng)立了一家名為 Arkenlight 的公司，探索將其核動(dòng)力電池商業(yè)化，計(jì)劃在 2024 年推出首批商用核電池。

不過，有人擔(dān)心這種核廢料電池即便能實(shí)現(xiàn)，也可能會(huì)造成更分散或更危險(xiǎn)的核污染，畢竟它會(huì)存在于我們的家庭和生活之中;但也有人認(rèn)為，將核廢料回收制成電池的想法完全不靠譜，有一個(gè)關(guān)鍵問題是無法抑制 C-14 的核衰變，因此電池將連續(xù)發(fā)電，電池會(huì)隨之持續(xù)升溫，故而需要主動(dòng)冷卻裝置。

該電池永遠(yuǎn)無法為手機(jī)或電動(dòng)汽車供電，因?yàn)樗緹o法關(guān)閉，只能將功率輸出限制為毫瓦。至于這種同樣科幻的 “鉆石電池” 距離能實(shí)際應(yīng)用還有多遠(yuǎn)，可以拭目以待。