导语从一百多年前发明的第一颗电池开始,随着工业领域的不断发展,电池的种类也变得越来越多,同时,也不断提高着其使用寿命和性能,但一直以来,电池都有着一个共同的问题——电量。
不论你的电池容量有多大,充一次电总会用完,总会需要二次充电,智能手机、电动汽车等产品,都要面临这个问题,这也为爱玩电子产品的人们带来不少线下的烦恼。
但一个领域的发展,总是源于人们对其现有状态不满意,想要有新的突破,因此,有趣的是,随着人们体验电池所带来的不便现象的累积,有一个问题产生,会不会有电池不用充电二次发电几千年?这个问题,看起来天马行空,但有一个新研究起到了重写电池发展历史的概念。
核动力电池。
电池的发电原理主要在于化学反应过程中产生的电子流,而电荷的流动就是电能,而电子流的产生是通过化学反应过程中的能量的转化的,因此,电池有容量的局限。
而在电池之前,也有另一种发电设备是基于燃烧和化学反应的燃烧发电机,在这类电池中,化学能量的转化通过一定的条件,让燃料燃烧后提供能量。
在燃烧反应电池的发电原理中,有一种燃料的转化条件,就是放射性元素,放射性元素具有自然放射性,它会自发地变为另一种元素,并伴随着释放出能量。
以铀为例,其放射性同位素铀-235,它放射出一粒α衰变粒子,碰撞周围的原子核,使原子核变成铷-92的核,并释放出能量,这些能量由原子结构产生电子流,形成电能。
因此,利用放射性元素的能量来产生电能,就产生了另一种电池——核动力电池,而核动力电池又分为两种类型:热转换型和非热转换型。
热转换型核动力电池和燃烧电池类似,都是通过放射性同位素的裂变产生高温和热能,来进行热能转化发电,而非热转换型核电池则是利用放射性同位素的衰变过程的电离产生的电能。
当放射性同位素放射出α粒子、β粒子以及γ射线时,因为这些粒子和射线的具体构成和能量不同,会产生不同的效应,相应的,不同的同位素在放射过程中产生的效应不同,获得的能量也不同。
不同放射性同位素的能量密度和衰减速度在学术上有多个不同的标准单位,但其中有一个最重要的参考标准,就是半衰期,半衰期指的是放射性物质活动强度衰减到原来的一半的时间。
在这些放射性同位素中,活动强度的衰减是不可逆的,因此,可以理解为半衰期越短的放射性同位素,衰减速度越快,提供能量的时间越短。
而根据不同放射粒子的活动能力强弱,α粒子的能量最高,也是最快衰减的,第二是β粒子,最弱的是γ射线,因此,α粒子和β粒子的能量提供时间更短,γ射线则时间更长。
而这些放射性同位素在衰减过程中产生的能量,便是非常稳定的电能,通过一系列的控制和分离过程,便可以将其转化为可供使用的电能,利用于燃烧发电。
由于放射性同位素的活动非常稳定且具有强大的能量输出,因此,他们可以作为材料的能源