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據外媒報道，俄羅斯研究人員，剛剛開發出了一種基於鎳-63的新型核電池設計，其具有比普通市售電池更高的能量密度。
由於任何散逸的核材料都可能在環境中保持幾十年（甚至幾個世紀）的危險放射，核電一直存在著極大的爭議。
不過基於同樣的道理，如果我們能夠適當地利用這種特性，就可以讓核電裝置緩慢而持續地釋放出能量：
一些核電池是基於‘射線電池’（betavoltaics）的原理，裝置內的放射源衰減併發射 β 粒子（電子和正電子）。
當他們與半導體層相互作用時，就可以產生電流。遺憾的是，儘管這些電池可以長時間地持續提供能量，但第功率密度也意味著只能‘細水長流’。
【新式核電池原型的結構圖（via：V. Bormashov et al.）】
長時間提供相對較低的能量，使得核動力電源更加適用於那些難以更換電池的應用（比如航天器或起搏器等植入設備）。
在過去幾年時間裡，我們還見過一種‘鍶基核電池’（strontium-based），它能夠分解水分子來發電；另有一種壽命長達 20 年的‘納米氚’（NanoTritium）電池。
不過由莫斯科物理技術學院（MIPT）、超硬和新型碳材料技術研究所（TISNCM）、以及國家科學技術大學 MISIS 聯合開發的新式核電池，卻採用了基於鎳-63的設計。
【上圖為新式核電池原型（via：超硬與新型碳材料技術研究所）】
該放射性同位素的半衰期超過了 100 年，研究團隊設計了一種嶄新的佈局，以提升電池的功率密度：
他們確定，如果將它包裹在 10 μm 厚的三明治結構中，鎳-63的最有效層厚度為 2 μm 。
在他們的原型中，包含了 200 個這樣的‘鑽石能源轉換器’，並實現了 1 μW 的輸出功率。
換算的能量密度為 10 μW/cm³，意味著它可以為一個現代的心臟起搏器提供動力。
考慮到鎳-63的半衰期，該核電池擁有 3300 mWh/g 的能量密度，是傳統化學電池的 10 倍以上。
【研究配圖：a 為放射性鎳箔與材料厚度的關係，b 為鑽石換能器的電子吸收效率和厚度的關係（via：MIPT）】
此外，研究人員開發了一種更高效的方法，能夠以最小的損耗來批量生產鑽石薄層。雖然生產鎳-63在很大程度上可能是棘手的，但團隊對 10 年後的工業化規模生產很有信心。
在未來，該團隊計劃繼續改進核電池的設計，並已確定了一些提高電池功率的方法。其中包括富鎳-63、改變鑽石轉換器的結構、以及給予這些轉換器更大的表面積。
有關這項研究的詳情，已經發表在近日出版的《鑽石與相關材料》（Diamond and Related Materials）期刊上。
《High power density nuclear battery prototype based on diamond Schottky diodes》
