核电池可不可以做电动车电源，核电池的制作流程是怎样的，技术难点在哪里？哪里有的卖？ 第1页

哈士奇路过。

核电池又叫放射性同位素电池。地球人对它的研究已经开展了许多年。但就目前来看，没有任何可能将其应用在电动车以及其他的3C电子消费品上。

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第一部分：放射性电池原理

目前地球人使用的电池，除超级电容外，从原理上来说都属于将化学能转化为电能的化学电池。但将核能转化为电能的想法和努力从来都没有停止。核能有三种释放的方式——聚变、裂变、衰变。其中聚变需要极其苛刻的反应条件，莫说聚变电池，就是聚变电站都是遥遥无期的事情。裂变需要核燃料的质量达到临界质量之上，而控制裂变平稳的释放能量同样只能由复杂而巨大的核电站进行。所以人类在核电池的问题上别无选择，他们只能选择利用放射性元素的衰变时放出的能量。

不稳定的放射性元素会自发的放出粒子，将自身转变为更稳定的另一种元素。这一被称为衰变的过程会放出能量。衰变是一种非常非常稳定的过程，它是原子核自发产生的变化。换句话说，它释放能量的速度仅仅取决于每一个原子衰变时放出的能量、放射性元素的原子数目和这种放射性元素的半衰期。

每种放射性元素都有一个固定的半衰期，每个半衰期的时间里，世界上所有的这种放射性元素会自动减少一半。从放射性同位素电池的角度来说，半衰期的长度决定了电池的寿命。

愚蠢的地球人时常搞了个大新闻，比如这样：

手机五千年不充电 美国制超级核电池

很显然，地球人并没有什么设备五千年都不需要替换。以3C电子产品为例，其生命周期也就在三年到五年。即使是电动车能用十年也是不可想象的事情。核电池的寿命应该也在这个时间段附近。可是半衰期如此之短的放射性元素早就在自然界里衰变了个干干净净，想要获取只能通过核反应人工生产。

1940年末，美国科学家麦克米伦等在美国用60英寸回旋加速器加速的氘核轰击铀时发现钚238，次年又发现了钚239。仅仅四年之后，钚239就毁灭了日本长崎市。但直到阿波罗计划中，钚238才在历史上崭露头角。这是一种半衰期为88年的的放射性原子，虽然半衰期仍然很长，但它衰变时只产生射线，中子很少。这是同位素电池中使用的核素必须具有的一个要求——如果你不想被你的同位素电池放出的电离辐射一波带走的话。

地球人有许多将钚238衰变产生的能量转变为电能的方式，包括直接充电法、接触势法等。但这些方法的共同点是效率奇低，衰变能量绝大多数都变成了热，很少部分能够被利用。

同位素电池发电机制的研究与发展 - 《中国学术期刊（网络版）》

这是一篇比较早的文献，详细的介绍了同位素电池的能量转化方法。有兴趣可以自行翻阅。

（各种衰变能发电机制比较，数据可能比较早）

第二部分：放射性同位素电池的应用

同位素电池有它的舞台，那就是广袤的太空。月球的夜长达十四个月，在此期间太阳能电池无法利用。雪上加霜的是，失去了电力的探测器很可能在这十四个月的-180℃的低温下被彻底损坏，再也无法再下一个月球的黎明复苏。同位素电池不仅可以很好的提供电能，还能将它未能利用的热量用于对抗太空中低温对探测器的损害。这样的优势让同位素电池从太空探索的一开始就被投入使用。

1969 年7月21日，地球人成功登上月球。资本主义阵营就此赢得了冷战太空竞赛的胜利。苛刻的评论家将阿波罗11号飞船的伟大旅程被形容成“驾驶着洗衣机横渡大西洋”。但阿波罗11号并不像他们说的那般简陋。阿波罗11号飞船安装了两个放射性同位素装置，其热功率为15瓦，用的燃料为钚－238。但这放射性同位素装置却并不提供电能，而是供飞船在月面上过夜时取暖用的。但在后来发射阿波罗宇宙飞船上，安装的则全部是放射性同位素电池。这就是SNAP－27A装置。

SNAP－27A设计的电输出功率为63.5瓦，重量为31千克，设计寿命为一年。它不仅可以提供电力，还能发热保暖。外加该装置的实际寿命远远超过设计寿命等优良性能，该装置被使用在后期所有的阿波罗飞船上。

除太空之外，深海也是一个无法利用太阳能的环境。海底声纳、信标、水下监听器、海底电缆中继站等场合，同位素电池是非常好的一个选择。人的体内也可以使用同位素电池作为起搏器等植入式医疗设备的电源。1970年，巴黎布鲁塞医院首次将同位素电池驱动的心脏起搏器植入人体成功。该电池仅40g，以钚238为燃料，形状为直径2.3cm，高5cm的圆柱体，输出功率200uW。1975年，美国又植入成功了同位素电池膈神经模拟器。

总的来说，同位素电池具有寿命长、环境适应性强、工作可靠、不需维护、结构紧凑等优点，在空间和深海探索、长期无人值守供能和医学等领域具有应用前景。

第三部分：为什么同位素电池无法广泛使用

每一本专业书的绪论都会让你觉得这个技术方向前途一片光明，可是真正做下来才会知道一路上到处都是坑。在这一点上同位素电池也不例外。

同位素电池的第一个缺陷是同位素燃料稀有。虽然地球人已经发现了一千五百多种（不知道哪一年的数据了）放射性核素，但真正能用于同位素电池的核素至少得满足以下个条件：

（1）合适的半衰期，不能太短。至少在用电器寿命结束前，还得有一大部分放射性物质没有衰变。

（2）用作燃料的核素需要一定的功率密度。否则电池做出来体积和重量都会很大。根据文献，放射性同位素的比功率至少需要大于100W/kg。

（3）衰变产生的电离辐射要小，尽量不要损害使用者和电池的其他部分。

（4）物理化学性能好，至少要易于加工。

（5）成本合适

在这样的条件下，真正能够用作放射性同位素电池的核素只剩钚238、锶90、钴60、铯137等十多种。广泛使用的则只有钚238、锶90。

第二个问题在于同位素电池燃料的放射性。当衰变放出的粒子动能大于200-250千电子伏特时，可能对电池中的硅晶体结构造成不可逆的损伤。硅尚且如此，何况是使用者呢？应用于深空和海底探测器的同位素电池不需要考虑电离辐射对使用者的伤害，但核电池用于电动汽车甚至电子消费品时，这个问题就非常严重了。对于心脏起搏器的患者而言，使用同位素电池是两害相权取其轻。但坦白的说，如果连建个电信基站都能搞得鸡飞狗跳，那么真的大规模广泛使用同位素电池肯定闹到一地鸡毛。

这还只是正常使用的情况下，如果同位素电池的燃料盒发生泄漏，一定画面太美不敢看。

第三个问题是同位素电池的能量转换效率太低。输出电功率仅为发热功率的几分之一甚至几十分之一。衰变产生的绝大多数能量都以热量形式释放。某部为发烧而生的手机已经让大家吐槽的热火朝天了，如果将同位素电池应用在手机上，那么有趣的地球人就会得到一个核动力的暖手宝。

对了，差点忘记说——锂电池发热你可以把手机关了甚至将电池抠出来，电池不工作就会冷下来。但地球人没有任何方法阻止同位素的衰变，不论你做什么，同位素都在衰变，都在放热。

第四个问题是同位素电池的功率密度和能量密度。功率密度和能量密度是衡量任何一个电池的两个最基本的标准。同位素电池的能量密度不需要过多考虑，在电池设计寿命结束后，同位素电池仍有大量的燃料没有衰变。但同位素电池的能量密度就比较令人着急了。阿波罗计划中使用的同位素电池31kg但输出功率仅70W。70W连家用计算机都无法驱动，更不要说电动汽车了，供应手机倒是够了——如果你能忍受跟十几千克的电池的话……

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地球人不是没尝试过。

冷战期间，苏联在1962-1986的25年间发射“宇宙”系列卫星，前后发射多达1810颗。其中，“宇宙954号”卫星于1978年1月在加拿大西北部重新进入大气层时坠毁。碎片散落,同位素电池泄漏。一大片地区逸出大量放射性物质。事后清除污染物的全部费用估计约需1400万美元。

(宇宙954号碎片)

1978年1月24日, 宇宙954号在加拿大坠落后, 搜索工作在不到10小时内就开始了。搜索范围东自塞隆河西至大奴湖以西, 计长965公里宽48公里, 约4.6万平方公里的地区。两个半月内总共回收了约65公斤卫星及反应堆的残骸。其中带放射性最强的一块碎片, 达到人与之直接接触就会受到500伦琴每小时照射的放射水平。因此, 在搜索工作中必须采取辐射防护措施, 使用特殊夹具和贮存容器, 穿防护服等, 以保障搜索人员的安全。

加拿大曾要求赔偿损失600万美元,苏联多方狡赖,为此,双方打了几年官司。直到1981年才结案赔偿300万美元。转过年的1982年，“宇宙1402号”再次坠毁。其上带着的“托帕斯”同位素电池可以以12%的效率产生10kW的电功率。这一次情况稍好，在坠毁前堆芯已经停堆，并且最后坠入海洋之中。

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放射性同位素电池的情况基本就是这样╮（╯_╰）╭

不是地球人不想用，这是真的做不到啊（╯‵□′）╯︵┴─┴