手機(jī)沒電的幾個(gè)尷尬時(shí)刻，你遇到過嗎？
第二天有重要會(huì)議要早起，睡前調(diào)好了鬧鐘，睡醒卻發(fā)現(xiàn)手機(jī)沒電了鬧鐘沒響......
微信群里有個(gè)土豪任性的丟了一個(gè)紅包，剛要去搶，手機(jī)沒電自動(dòng)關(guān)機(jī)了......
王者榮耀打到團(tuán)戰(zhàn)關(guān)鍵時(shí)刻，突然屏幕一黑，手機(jī)沒電了......
有沒有不用充電的手機(jī)？
購(gòu)買一臺(tái)手機(jī)，直到手機(jī)使用壽命結(jié)束，電池既不用充電也不用更換，這一定是很多人的夢(mèng)想之一。那么為什么不能無限提高手機(jī)電池的容量呢？
實(shí)際上對(duì)于手機(jī)電池來說，影響的因素很多。在追求大屏幕潮流的同時(shí)，為了設(shè)計(jì)美感，不得不選擇把機(jī)身做纖薄，同時(shí)犧牲電池容量。一部厚6毫米，顯示屏尺寸為5.5英寸的手機(jī)，內(nèi)部需要容納攝像頭模組、處理器芯片、閃存芯片、主板、揚(yáng)聲器、振動(dòng)馬達(dá)、電池、屏幕模組等數(shù)百樣零件，留給電池的空間可想而知。
目前我們?nèi)匀辉谑褂娩囯姵兀?strong>鋰電池的主要參數(shù)是能量密度，提升能量密度便可以在電池體積不變的情況下獲得更高的電池容量，提升電池續(xù)航能力。
然而關(guān)于鋰電池的革命性進(jìn)步依然沒有出現(xiàn)。就目前的技術(shù)而言，不管是鋰離子電池還是鋰聚合物電池，電池的能量密度都沒有更大的突破。換言之，要想電池容量再大，只能更新技術(shù)。
核電池——無限續(xù)航不是夢(mèng)
不光是手機(jī)，莫斯科物理與技術(shù)研究院（MIPT）研究表明：如果電量消耗速度非常快是相當(dāng)非常危險(xiǎn)的，比如用于心臟起搏器中的電池，是絕對(duì)不允許發(fā)生沒電的。同樣，太空探測(cè)器的電池也是如此。
而核電池的出現(xiàn)，解決了這些問題。裝備一塊核電池，只要十年、甚至一個(gè)世紀(jì)更換一次即可。核電池可以說是那些平常難以維修、無法頻繁更換電池的儀器供電的首選元件。
區(qū)別于傳統(tǒng)核電站，所謂的核電池，并不是利用核裂變轉(zhuǎn)化為電能的原理，而是利用放射性同位素的衰變來產(chǎn)生能量。
由于核電池使用的放射性同位素半衰期從幾十年到幾百年不等，也就是說這些電池雖然功率密度低，但可以長(zhǎng)時(shí)間緩慢提供能量。與一般化學(xué)電池相比，核電池壽命極長(zhǎng)、總輸出能量高，可惜制作成本相對(duì)高昂，所以通常用于需長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作、且平常難以進(jìn)行電池更換的儀器上。
核電池之技術(shù)早在1913年便由Henry Moseley發(fā)明，并在1953年實(shí)現(xiàn)了核電池現(xiàn)代化，之后Paul Rappaport 提出了利用半導(dǎo)體材料將β衰變能轉(zhuǎn)化成為電能。2013年，美國(guó)佛羅里達(dá)州的CityLabs成功研發(fā)了一種以“氚”元素為基料的核能電池，名叫NanoTritium，它的大小如同單截成人手指關(guān)節(jié)。NanoTritium的優(yōu)缺點(diǎn)都十分明顯：有效使用年限高達(dá)20年，但是功率極低、價(jià)格昂貴。
英國(guó)用核廢料制造放射性鉆石電池
2017年，英國(guó)的布里斯托大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)通過轉(zhuǎn)換核廢料制造了一種放射性鉆石電池，它是一種理想的供電裝置，能夠可靠穩(wěn)定地運(yùn)行很長(zhǎng)時(shí)間，可用于心臟起搏器、無人機(jī)、人造衛(wèi)星和太空飛船等。
研究人員使用放射性同位素鎳-63作為放射源，制作了“鉆石電池”原型。他們指出，這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)同時(shí)能解決核廢料處理問題，并能延長(zhǎng)電池壽命。該核電池主要元素是碳-14，而它的半衰期是5730年。目前他們正在研究如何提高這種電池的效能。
英國(guó)布里斯托大學(xué)界面分析中心材料學(xué)教授湯姆-斯科特(Tom Scott)說：“這種鉆石電池沒有可移動(dòng)部件，不會(huì)釋放物質(zhì)，并且不需要維護(hù)，僅是直接產(chǎn)生電能。將放射性物質(zhì)封裝在鉆石之中，我們能夠解決長(zhǎng)期以來的核廢料問題，將其轉(zhuǎn)變成為核動(dòng)力電池，并成為一種長(zhǎng)期使用的清潔能源。”
俄羅斯研發(fā)大容量核電池 續(xù)航百年
近期，來自俄羅斯莫斯科物理技術(shù)學(xué)院（MIPT）、莫斯科鋼鐵學(xué)院（MISIS）、超硬與新型碳材料技術(shù)研究所（TISNCM）的研究人員進(jìn)一步設(shè)計(jì)了新的核電池結(jié)構(gòu)以改善其低功率密度缺點(diǎn)。
根據(jù) MIPT 聲明稿，僅2微米厚的鎳同位素鎳-63（nickel-63）被夾在 10微米厚的蕭特基二極體之間，整個(gè)電池原型包含200個(gè)二極體，輸出功率約1微瓦（μW），體積功率密度為10微瓦/立方公分，雖然暫時(shí)無法為你的手機(jī)供電，但絕對(duì)能應(yīng)付心律調(diào)節(jié)器。
若考慮鎳-63具有長(zhǎng)達(dá)百年的半衰期，則新型核電池的能量密度高達(dá)3300mWh/g，比商用化學(xué)電池還要高上10倍。
雖然目前核電池一大棘手問題是缺乏鎳-63制備設(shè)施，但團(tuán)隊(duì)表示，商業(yè)化技術(shù)應(yīng)該能在未來10年內(nèi)推出。
新型核電池結(jié)構(gòu)圖
總而言之，核電池具有結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行可靠，不受周圍環(huán)境影響，能長(zhǎng)期工作而無須更換等優(yōu)點(diǎn)，人們不必“談核色變”。
不過，上述提到的這些核電池電流很小，功率極低，只適合用在壓力或者溫度傳感器、智能傳感器、深海油井中的傳感器、醫(yī)療植入物、硅時(shí)鐘、涓流充電鋰電池以及低功耗的處理器中，如果想要應(yīng)用在手機(jī)上，恐怕還需技術(shù)上的進(jìn)一步突破。
但是我們相信不久的將來，核電池不光會(huì)應(yīng)用在航天、醫(yī)療和深海這些特殊領(lǐng)域，也將會(huì)出現(xiàn)在我們的日常工作和生活中，發(fā)揮日益顯著的作用！
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