近日，“退休教师靠阳台核电池供电”这一事件经自媒体传播后在网络上突然变得很热门，使得民用核电池再次成为人们关注的焦点。有消息称，一位物理系的退休教授从美国的民用实验室购买了放射性同位素钚 -238 ，然后在家里自制微型核电池。这件事情的真实性有待考证，但核电池的存在并不是一件稀奇的事情。

2024 年初，曾有一条核电池新闻走红。一家国内企业宣称已成功研制出民用原子能电池，这种电池能够 50 年稳定自发电，并且即将投入量产，其性能“遥遥领先”欧美科研机构和企业。该公司表示，计划在 2025 年推出功率为 1 瓦的电池。在政策允许的情况下，原子能电池可以让一部手机永远不需要充电，而现在只能飞行 15 分钟的无人机则可以一直飞行。

有人为之振奋，大声呼喊“锂电池要被革命啦！”，同时也有网友对所谓的产品前景表达了质疑。事实上，核电池早就存在了，从上个世纪开始就已经引起了研究人员的兴趣。在 20 世纪 50 年代的时候，核电池进入了快速发展的时期。这种长寿的能源被寄予了极大的期望，然而到了现在，核电池的主要应用场景仍然只局限在航天、极地、深海、心脏起搏器等领域。从转换效率方面来看，核电池民用言之尚早；从输出功率角度而言，核电池民用也言之尚早；从成本方面来讲，核电池民用还是言之尚早；从辐射安全管理角度去看，核电池民用同样言之尚早。相较于锂电池在各处都能见到的情况，核电池难以走进人们的日常生活。

核电池，从太空起步

核电站的工作原理为核裂变。被称作终极能源的“人造太阳”进行的是核聚变反应。裂变和聚变都属于由外因引发的核转变，而核电池利用的衰变与之不同，它是自发进行的核转变，也被称为放射性衰变。所以，核电池或者说放射性同位素电池，是一种能将放射性同位素衰变时释放的能量转换为电能的装置。

核电池的衰变过程连续不断且不受环境影响，所以它以抗干扰性强、稳定可靠、能量密度高等特征而著称。因为放射源半衰期不同，所以核电池可工作几年、几十年甚至上百年。这些特点使其在一些极端条件和需要长期稳定供电的场合具有独特优势。核电池按照换能方式的不同，可分为热转换式核电池和非热转换式核电池。热转换式核电池是将同位素衰变时产生的热能转换为电能；非热转换式核电池是将放射性同位素放出的带电粒子或产生的衰变能直接或间接地转换成电能。

20 世纪 50 年代开始取得核电池研究的实质性进展。航天技术飞速发展，这使得对高效能长寿命电池产生了极大需求。

在航天领域，热转换式核电池有很多“知名案例”。1977 年，美国发射了携带钚 -238 核电池的“旅行者 1 号”航天器。到现在，它已经在太空飞行了 46 年。它创造了世界卫星远航史上的辉煌纪录。核电池将会保证其搭载的科学仪器持续工作到 2025 年。火星探测器“好奇号”搭载的核动力装置，是一块约 45 公斤重、发电功率 140 瓦的核电池，其中含有约 5 公斤重的钚 -238。2013 年，我国“嫦娥三号”携带同位素热源升空。核电池中的钚金属块 238 就如同一个“暖宝宝”。有了它，就不用再担心月夜时零下 150 摄氏度到 180 摄氏度的低温会冻伤仪器设备。

上述放射性同位素温差发电器核电池技术最为成熟，并且应用也最早，然而其造价极为昂贵。例如“毅力号”火星车的核电池系统，其价格达到了 7500 万美元。

核电池的研究进展情况。此图源自《核电池概述及展望》这篇文章，该文章于 2020 年 12 月刊载在《原子核物理评论》上。

近些年来，另一技术分支即辐射伏特效应核电池的产业化进展频频引起关注。随着半导体材料制造技术不断提升，此类电池的实际应用具备了可能性。

2012 年，国内电商平台曾出售一款民用核电池 NanoTritium，号称 20 年不断电、不充电，售价 6980 元，随即引发网络热议。这不是山寨产品，而是美国 City Labs 公司推出的氚电池。2010 年，该公司研发的 NanoTritium 辐射伏特效应核电池获得了通用许可证。

City Labs 所选择的氚仅仅会释放出低能量的β粒子，这种β粒子能够用很薄的材料进行遮挡。氚是一种较为安全且容易密封的放射源。该公司的官网资料表明，其氚电池已经通过了全球航空航天及防务领域的巨头洛克希德·马丁公司的第三方测试，从而证实了该产品具有极端温度变化耐受性，即能在-55°C 至 +150°C 的温度范围内变化。氚的半衰期大概是 12 年。City Labs 宣称，15 年前研发出来的早期 NanoTritium 电池至今仍在高效运转。并且模拟实验显示，这些电池还将继续运行 20 多年。

NanoTritium电池

核电池民用，到哪步了

阻挡核电池民用进程的主要因素，并非安全性。

同位素放射源作为核电池的能量来源，需满足半衰期长这一条件，同时要具备功率密度高的特点，还要放射性危险性小，并且容易加工，在经济方面也得合适，以及易于屏蔽。辐射伏特效应核电池通常会使用纯β辐射放射源，这种放射源对物质的穿透深度很浅，仅用几张纸就能将其挡住，不会产生外辐照伤害。

价格不菲是核电池大规模民用的主要限制因素之一。

氚电池推向商用市场已逾 10 年，那么该领域“鼻祖”City Labs 公司的生意状况如何呢？贝塔伏特电池和核电池尚未被个人消费者广泛使用，这类电源大多仍处在开发与改进的过程中。有一些公司（例如 City Labs）会提供用于商业和科学领域的贝塔伏特电池。City Labs 表示，普通消费者不会去购买他们的产品。并且，公司一般是与那些对该技术持有兴趣的长期合作伙伴，或者是科学组织进行打交道的。

澎湃新闻从该公司网站得知，一块氚电池的基础价格是 5250 美元。并且，批量订单能够享受折扣，而定制产品则需要额外收费。

转换效率和输出性能更是核电池扩大应用领域不得不面对的短板。

2023 年 12 月，中国科学院合肥物质科学研究院核能安全所传出消息。该所的韩运成项目组在贝塔辐射伏特核电池的研究领域取得了新的进展。其相关研究成果被发表在《核科学与技术》（Nuclear Science and Techniques）期刊上。该文称，贝塔辐射伏特核电池能将放射性同位素释放出的贝塔粒子转化为电能。它具备长寿命的特点，同时能量密度高，尺寸微小，抗干扰能力也很优异。因此，它被普遍认为是微机电系统（MEMS）中很有潜力的能源替代选项之一。然而，传统的平面电池存在限制。其受到半导体结构和放射源加载的影响。半导体转换器只能利用放射源单面释放的衰变能。这导致了输出功率和转换效率较低。输出功率被限制在 nW 水平。无法满足 MEMS 系统的功率需求。

辐射伏特核电池的功率处于纳瓦量级到毫瓦量级之间。City Labs 公司的资料显示，该公司所提供的核电池产品的功率涵盖纳瓦、微瓦以及毫瓦这些范围。

清华大学辐射防护办公室常务副主任朱立曾对 City Labs 公司推出的氚电池进行解读，他表示这种氚电池的功率最多只有 0.84 毫瓦，这意味着 NanoTritium 目前还无法应用到手机等领域。

我国的《放射性同位素与射线装置安全和防护条例》以及《放射性同位素与射线装置安全许可管理办法》有明确规定。规定指出，放射源的豁免必须持有备案证明文件，这也就意味着相关的商业活动必须经过审批。

让我们回到文章开头所提及的那个宣称成功研制了民用核电池的企业。“在 2025 年推出功率为 1 瓦的电池”这件事真的有希望实现吗？

这家企业名为北京贝塔伏特新能科技有限公司。它称将推出第一款产品 BV100，这款产品融合了镍 63 核同位素衰变技术和中国第一个金刚石半导体模块。BV100 是世界上首块即将量产的核电池，其功率为 100 微瓦，电压 3V，体积是 15×15×5 立方毫米，比一枚硬币还小。核电池每分钟都在发电，每天能产生 8.64 焦耳的电量。核电池每秒钟也在发电，每年能产生 3153 焦耳的电量。多块这样的电池可以进行串联使用，也可以进行并联使用。

该公司展示的原子能电池产品结构示意图

镍-63 的半衰期达到 100 年。从半衰期的角度来看，基于镍-63 的核电池确实能够至少工作 50 年。

一位从事核技术应用研究的学者向澎湃新闻表达了质疑。他质疑上述公司的产品介绍和目标。他指出，目前功率还未达到那个级别，并且核电池应用仍需依靠新材料和新工艺来提高输出功率。

社交平台上对该公司提出的“核电池手机”概念存在不少质疑声。1 瓦等于 1000000 微瓦，这意味着要制造 1 瓦的核电池，其大小得比硬币大 10000 倍。要在两年内将一枚硬币 1 万倍大小的东西做得跟手机电池一样大，摩尔定律都无法做到，更不用说材料学了。该网友还反问，如今的手机峰值功率可达 13 - 15 瓦，1 瓦能有什么用呢？

有网友指出，该产品仅适用于手机电池这一点不成立，即便将其当作外置电源，与其他动辄百瓦的快充相比也没有优势，更别提镍 -63 的价格问题了。

“在民用领域，不受管制地使用核电池是很危险的。西北工业大学空天微纳实验室教授乔大勇曾在接受中国科学报采访时表示，国际上对于核电池的民用有着法规限制。有些放射源的半衰期长达上千年，倘若不小心将其遗弃在某个地方，那么伤害和影响将会持续千年。只有制定并严格执行关于核电池的制造、流通和回收的完善法律、法规，这一有着美好未来的能源才能够真正变为现实。

辐射防护和环境保护专家、中国工程院院士潘自强对核电池应用前景的评判较为直接。他觉得，核电池能够应用于一些“不计成本”的事业领域。然而，核电池不可能如同普通商品那般走进人们的生活。