金钢石与不充电电池

量子科学论2020/9/113:48

近几十年来电子设备的发展速度远远超过了电池的发展速度，很多的移动电子设备都少不了一根充电线。

手机就是我们最头疼的问题。
而且还有很多的小型用电设备，例如一些小台灯、夜灯、传感器也要经常连接电源，电线拉的到处都是，影响美观。

但是没办法，我们现在使用的锂电池要充电才能使用，且寿命有限。
频繁的更换会浪费资源、还污染环境。

所以一款不用充电，且能持续放出电能的电池是整个社会迫切需要的。
有了它你的办公桌、房间会变得整洁很多。

而且这样的电池更能加快新能源汽车的发展，如果实现将为人类节省大量的能源，甚至是摆脱至少一半的化石燃料的依赖。

那么这种电池可能吗？不充电、持续放电？这不违反能量守恒了么？

确实有点夸张了，不过一个电池要是能够持续放电数万年，这对人类来说就跟无限的能源是一样的。
毕竟我们每个人的寿命也不过百岁。

一生买一个电池子孙后代、世世代代受益！

这样的电池还确实能够实现，虽然现在我们人类主要的能量来源是化学能，但是上世纪我们还发现了一种释放能量更为高效、环保的能源就是核能。

原子核的聚变和裂变的过程中会损失比化学反应更多的质量，因此它会释放十分可观的能量。
目前核能的应用主要用在民用发电领域。

而我们今天要说的“无限能源”的电池同样要依靠核能来实现。
但并非是核聚变和裂变的反应方式，而是通过原子核的放射衰变来获取电能。

美国加州的一家公司NDB宣布他们研发了一款不需要充电就能使用2.8万年的新型纳米金刚石电池。

目前已经在实验室通过了测试，获得了重大进展，其收集电荷的效率已经达到了40%，比太阳能电池的15% - 20%更加高效。

这个收集电荷的过程其实就是这种核电池自行充电的过程，它和太阳能电池有一些相似之处。
光电效应大家都清楚吧，就是特定频率的光照射到金属上，可以让金属中原子最外层的电子获得足够的能量，发生逃逸。

电子的逃逸就是放电的过程。
太阳能电池就是在白天的时候，通过收集光电效应产生的电荷，来为电池充电，到晚上然后放电就行照明。

而这种新型核动力电池它收集的电子来自于放射性同位素的衰变。
这种同位素就是我们熟知的碳-14，原子核中有6个质子和8个中子。

这种原子核不稳定会自发的通过弱相互作用力发生衰变，也就是原子核中其中一个中子通过释放一个电子和反电子中微子，转变成为一个质子。

可以看到这个过程就会放出一个电子，通过收集电子，电池就可以自行充电了。
跟太阳能电池有点像，但不完全一样。

碳-14这种东西在自然界含量不是很高，只占到了所有碳储量的0.0000000001%，而且都存在于大气中，因为自然界产生碳-14的过程都是来自宇宙高能射线撞击大气中的氮原子产生的。

然后这些碳-14又会自发经过上述过程衰变回氮-14。
氮-14十分稳定，不再具有放射性。
所以大气中的碳-14经过以上的循环基本上会处在一个平衡的状态。

这时你可能会想，碳-14这么稀少就算发明出这种核电池也会异常的珍贵，根本没法实现普及。
其实不用担心，大自然的碳-14虽然少，但是人类每时每刻都在大量的创造着碳-14，而且一直把它当作废料。

核电站在发生重元素裂变的过程中就会产生大量的中子，而我们常会使用石墨来当作这些中子的，石墨就是碳-12，它在减慢中子速度的时候就会捕获中子转变为碳-14。

所以说-14十分的廉价，这不用担心。

其次就是大家所担心的发射性问题，毕竟你手里整天拿个放射性元素肯定是不安全的。
这个问题也不用担心。

碳14在经历衰变以后会释放出电子，这个电子就是我们常说的粒子，它确实具有比较强的电离辐射危害。
但是在电池内部会经过非弹性散射将这些电子捕获储存起来，这就大大减小了电子逃逸出来。

而且这个电池的名字中还有纳米金刚石，没错，它是人造钻石，是非常坚硬的物质。
而且能够阻挡住一些没有被捕获，试图溜出来的电子。

NDB公司表示，这样的核电池对人体的放射性危害，甚至会比手机等一些电子设备还要安全。

这样的电池相比于锂离子电池来说能量密度更高，而且没有充电的烦恼，基本可以上寿命是无限的28000年。

因为碳14的半衰期为5730年，也就是过上5000多年一块纳米金刚石电池的效率才会减小一半，随着电压的降低，它也可以为其他一些低用电设备供电。

因此能使用28000年完全不在话下。

8月25日，NDB公司宣布，它已经在加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室和剑桥大学卡文迪什实验室完成了两项概念验证测试。

该公司在一份新闻稿中表示，第一款NDB商用原型电池将于今年晚些时候上市。

目前，已经安排好了首批客户，其中包括一家航空航天公司和核燃料循环产品领域的领军企业。

未来这样的电池民用，走进千家万户也是指日可待。

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