用核廢料製成“鑽石電池”，不充電能讓汽車跑100年？

來源： DeepTech深科技

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

這些超現實的說法，最近由美國加州一家名爲 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行了早期測試，使其更接近於實現。

這種令人驚奇的電池，其關鍵是，這種廢料污染性極強，輻射能持續數千年，核電站設施每年都會大量產生，且在安全處理（掩埋和包裝）方面構成越來越大的挑戰。NDB 公司稱，它可以通過從石墨核廢料中提取碳 - 14，然後放進鑽石內，當核廢料衰變時，它與碳相互作用可以產生一個小電流。

根據耗電量的不同，這種無需充電的電池有可能使用很長時間，它有望用於爲普通移動設備、醫療產品、衛星等供電，並可以爲偏遠地區提供能源。

不過，目前該公司還沒有生產出產品原型，只是做了相關概念驗證。NDB 首席戰略官尼爾 · 奈克（Neel Naicker）表示：“想象一下，一個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怎樣？這就是我們利用專有技術所能做到的。”

無疑，這種設想充滿了誘惑力。在 NDB 官網上寫道，到 2040 年重塑電力，並打造一個不用化石燃料的星球。

這個概念背後的基本原理其實並不新鮮，使用放射性同位素作爲能量源在特殊設備中已非常成熟，例如現代的核動力潛艇、航空母艦，乃至火星車，已能夠在沒有安全問題的情況下製造電力。

但 NDB 利用核廢料發電的說法，還是在科技界引起了謹慎的懷疑，例如：

“NDB 談到了正在開發中的低功率和高功率版本的電池，但在我們看到一些實際產品和輸出數據之前，這些說法仍然模糊不清，沒有證據，它們只是空談。”

“這一切聽起來都很棒，但還有一個關鍵因素被忽略了…… 這些設備的功率密度是多少？”“這種電池的功率密度極低，遠低於鋰離子電池等化學電池。”

不過，NDB 方面表示，一旦疫情相關的隔離措施得到緩解，他們將開始研製原型，並希望在兩年內製造出來。

據官方資料披露，NDB 鑽石電池概念的證明由劍橋大學物理學家、2019 年物理研究所牛頓獎章獲得者、半導體之父邁克爾 · 佩珀爵士（Sir Michael Pepper）領導。在此過程中，NDB 的專利電池實現了充電 40% 的突破，核心技術是其專有的納米金剛石表面處理的結果，它能有效地從鑽石中提取電荷。

而類似這種把核廢料封裝在鑽石裏的電池，也不是首次被提出，一直存在較大爭議。

2016 年 11 月 27 日，英國布里斯托爾大學的一組科研人員就曾宣稱研製出一種人造鑽石，當置於放射性場中時，它能夠產生小電流，這項技術開發也是爲了解決一些核廢料、清潔發電和電池壽命等問題。

傳統發電機是驅動轉子在定子中旋轉，做切割磁力線的運動，從而產生電流；與此路徑不同，人造鑽石只要放在靠近放射源的地方就能產生電荷。

該研究的主要參與者之一，布里斯托爾大學材料教授湯姆 · 斯科特（Tom Scott）表示：“這裏沒有涉及運動部件，不產生排放物，也不需要維護，就是直接發電。通過將放射性物質封裝在鑽石中，我們就能將長期存在的核廢料問題，轉化爲核動力電池和清潔能源長期供應。”

當時的研究小組展示了一種使用鎳 - 63 作爲輻射源的鑽石電池原型。後來，他們致力於通過使用碳 - 14 來顯著提高效率，碳 - 14 是一種放射性的碳，產生於核電站反應的石墨塊中。布里斯托爾大學的研究表明，放射性碳 - 14 集中在這些塊體的表面，使得對其進行處理以除去大部分放射性物質成爲可能。

提取出來的碳 - 14 隨後被封裝進鑽石中，製成核廢料電池，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，減少了安全儲存這些核廢料的成本和挑戰。

布里斯托爾大學化學學院的尼爾 · 福克斯（Neil Fox）博士曾解釋說：“之所以選擇碳 - 14 作爲源材料，是因爲它發出短程輻射，任何固體材料都很快吸收這種輻射。這會使攝入或接觸裸露的皮膚變得危險，但安全地將其置於鑽石內，任何短程輻射都無法逃逸。”鑽石是人類已知的最堅硬的物質，也是核廢料電池的最佳外殼材料。

湯姆 · 斯科特和尼爾 · 福克斯還創立了一家名爲 Arkenlight 的公司，探索將其核動力電池商業化，計劃在 2024 年推出首批商用核電池。

不過，有人擔心這種核廢料電池即便能實現，也可能會造成更分散或更危險的核污染，畢竟它會存在於我們的家庭和生活之中；但也有人認爲，將核廢料回收製成電池的想法完全不靠譜，有一個關鍵問題是無法抑制 C-14 的核衰變，因此電池將連續發電，電池會隨之持續升溫，故而需要主動冷卻裝置。該電池永遠無法爲手機或電動汽車供電，因爲它根本無法關閉，只能將功率輸出限制爲毫瓦。

“請想象一個能產生 100 千瓦功率以驅動汽車的鑽石電池，當你停止移動時，必須打開風扇等冷卻裝置釋放足夠的熱量，否則電池會過熱並導致着火，而將其縮小到手機電池的大小，即便是 1 瓦也可能會逐漸在主板上燒出一個洞，你肯定會一直感覺手機在發熱。”一位網友評論道。

看過漫威電影的人，肯定對鋼鐵俠胸口的 “方舟反應爐” 印象深刻，一個小小的模塊就能爲強大的鋼鐵俠機甲提供充沛動力乃至攻擊能量輸出，可以說十分科幻。至於這種同樣科幻的 “鑽石電池” 距離能實際應用還有多遠，可以拭目以待。