中國儲能網訊：據美國《信號》雜志網站報道，美國陸軍研究實驗室（ARL）正在開發(fā)以放射性同位素氚為動力的原型電池，其壽命可能會持續(xù)幾十年或更長時間。長壽命電源可減輕戰(zhàn)場后勤負荷，延長為傳感器和通信節(jié)點供能的時間，提供增強的態(tài)勢感知，為作戰(zhàn)人員提供當前不存在的作戰(zhàn)選項。研究團隊計劃于2014年開始現場測試原型電池。首先從小型現場試驗開始，在較小地點進行，如布拉格堡，能將這些同位素電池運送到其他設施。該技術可能會在五年內實現。
放射性同位素電池：人類在放射性同位素的創(chuàng)造性應用
通常不穩(wěn)定（即具有放射性）的原子核會發(fā)生衰變現象，在放射出粒子及能量后可變得較為穩(wěn)定。當放射性物質衰變時，能夠釋放出帶電粒子，如果正確利用的話，能夠產生電流。放射性同位素電池又叫核電池，是利用放射性同位素衰變放出載能粒子（如α粒子、β粒子和γ射線）并將其能量轉換為電能的裝置。
按提供的電壓的高低，放射性同位素電池可分為高壓型（幾百至幾千伏）和低壓型（幾十毫伏-1伏左右）兩類。按能量轉換機制，可分為直接轉換式和間接轉換式。具體而言，包括直接充電式核電池、氣體電離式核電池、輻射伏特效應能量轉換核電池、熒光體光電式核電池、熱致光電式核電池、溫差式核電池、熱離子發(fā)射式核電池、電磁輻射能量轉換核電池和熱機轉換核電池等。其中直接充電式核電池、氣體電離式核電池屬于直接轉換式，應用較少。目前，應用最廣泛的是溫差式核電池和熱機轉換核電池。放射性同位素電池取得實質性進展始于20世紀50年代，由于其具有體積小、重量輕和壽命長的特點，而且其能量大小、速度不受外界環(huán)境的溫度、化學反應、壓力、電磁場等影響。因此，它可以在很大的溫度范圍和惡劣的環(huán)境中工作。
此前已經有放射性同位素電池應用于軍事或者航空航天領域，但是體積往往很大。過去在電池的研發(fā)過程中面臨的重大難關之一，就是為了提高性能，電池大小往往比產品本身還大。由美國密蘇里大學計算機工程系教授權載完（音）率領的研究組成功為“放射性同位素電池”瘦身，研發(fā)出的“放射性同位素電池”體積小但電力強。但權載完教授組研發(fā)出的放射性同位素電池只是略大于1美分硬幣（直徑1.95厘米，厚1.55毫米），但電力是普通化學電池的100萬倍。密蘇里大學研究團隊稱他們研制小型放射性同位素電池的目的，是為微型機電系統或者納米級機電系統找到合適的能量來源。
如何為微型或納米級機電系統找到足夠小的能量來源裝置，同微型裝置一樣是一個熱門研究領域。放射性同位素電池的另一誘人之處是，提供電能的同位素工作時間非常長，甚至可能達到5000年。放射性同位素電池有放射性污染，必須妥善防護；而且一旦電池裝成后，不管是否使用，隨著放射性源的衰變，電性能都要衰降。
發(fā)放射性同位素電池將航天器“送到”了太陽系邊緣
從上世紀中葉起，美國在“先驅者”10號、11號探測器，“旅行者”1號、2號探測器，木星和土星探測器中，都使用了同位素溫差發(fā)電器作為電源。就是因為采用核電源，美國“旅行者1號”行星探測器，才創(chuàng)造了世界衛(wèi)星遠航史上的輝煌紀錄。目前它是離地球最遠（飛行約近200億公里）和飛行速度最快的人造衛(wèi)星。它用了36年的時間，飛行到了太陽系的邊緣。
第一個放射性同位素電池是在1959年1月16日由美國人制成的，它重1800克，在280天內可發(fā)出11.6度電。在此之后，放射性同位素電池的發(fā)展頗快。1961年美國發(fā)射的第一顆人造衛(wèi)星“探險者1號”，上面的無線電發(fā)報機就是由放射性同位素電池供電的。1976年，美國的“海盜1號”、“海盜2號”兩艘宇宙飛船先后在火星上著陸，在短短5個月中得到的火星情況，比以往人類歷史上所積累的全部情況還要多，它們的工作電源也是放射性同位素電池。因為火星表面溫度的晝夜差超過100℃，如此巨大的溫差，一般化學電池是無法工作的。
蘇聯在1967-1982年期間，共發(fā)射了24顆核動力衛(wèi)星，都屬于海洋監(jiān)視衛(wèi)星。衛(wèi)星帶有以濃縮鈾235為燃料的熱離子反應堆，核能功率為5-10千瓦。不過核動力并不是用來驅動衛(wèi)星，只是利用放射性元素衰變時放出的熱量，通過熱電偶產生電能給衛(wèi)星上的設備供電。這些核動力衛(wèi)星，多在200多公里的低軌道上工作，完成任務后核反應堆艙段與衛(wèi)星體分離，并將小型火箭推到大約1000公里的軌道，可運行600年。1978年1月24日，蘇聯“宇宙”954號核動力衛(wèi)星發(fā)生故障，核反應堆艙段未能升高而自然隕落，未燃盡的帶有放射性的衛(wèi)星碎片散落在加拿大境內，造成嚴重污染。1983年1月“宇宙”1402號核動力衛(wèi)星發(fā)生類似故障，核反應堆艙段在南大西洋上空再入大氣層時完全燒毀。
隨著后來美蘇太空競賽的冷卻，人類探索深空的腳步放緩。由于在近地軌道，放射性同位素電池的性價比不及太陽能電池，此外，目前全球钚238主要產自俄羅斯，燃料來源的局限也延緩了放射性同位素電池的發(fā)展、應用。
放射性同位素電池的應用呈現出廣闊“空間”
美國陸軍研究實驗室是一個獨具特色的軍方企業(yè)性實驗室。美國陸軍研究實驗室提出要借助合作協議在私營部門建立卓越中心，這樣，軍隊的科學家和工程師們可以在規(guī)劃、管理及實際工作中積極合作。合作協議被授予公司和大學組成的聯合團體。由于主要的電信和電腦公司在技術保護方面的經驗，陸軍每一個聯合團體由工業(yè)企業(yè)主導。
美國陸軍研究實驗室正在開發(fā)的以放射性同位素氚為動力的原型電池，其壽命可能會持續(xù)幾十年或更長時間。與化學電池相比，這種新方法會明顯減少電池更換，降低后勤負擔。當前原型電池仿照軍用BA-5590電池，為一個2英寸×4英寸×3英寸的立方體，使用與當前化學電池相同的連接器。而由于同位素本質，未來原型電池可以做得更小、更輕。同位素電源可提供比化學電池大5個數量級的能量密度。該新型電池有13年的半衰期（使用一半電量所用時間）。
項目專家李茲稱，如果正確規(guī)劃任務，經過最初13年電池會剩余一半電量，再過13年電池會剩余25%的電量。當前原型電池使用的是氚同位素，但研究人員計劃最終使用其他能續(xù)航更長時間的同位素?；瘜W電池在不使用的情況下會在10年后降解，而對于衰減同位素，鎳63能持續(xù)100年，镅能持續(xù)432年。低劑量同位素是安全的。原型電池使用了作戰(zhàn)人員安全級別，并且安全性將繼續(xù)提高。同位素與更好的能量轉換器匹配可使該裝置更高效，減少同位素的需求量，提高安全性。
研究團隊計劃于2014年開始現場測試原型電池。首先從小型現場試驗開始，在較小地點進行，如布拉格堡，能將這些同位素電池運送到其他設施。該技術可能會在五年內實現，提高戰(zhàn)場感知能力。其他軍種也對該電池表現出興趣，但陸軍對無人值守地面?zhèn)鞲衅鞯男枨笠恢笔茄芯筷P注的焦點，陸軍希望把這些傳感器部署在世界上許多可能只能到達一次的地方。此外，該技術還可用于商業(yè)目的，埋在橋梁或建筑物內部的電源和傳感器可持續(xù)檢查材料的穩(wěn)定性。
目前，放射性同位素電池的用武之地不僅僅局限于太空。高山、深海、南北極乃至人體中到處可以找到它的影蹤。心臟起搏器用的放射性同位素電池重量僅40克，體積很小，壽命可達十年，為病人免除了經常做開胸手術的痛苦。在極地、海島、高山、沙漠、深海等條件惡劣、交通不便的地方都可以有放射性同位素電池大顯身手之地。自動無人氣象站、浮標和燈塔、地震觀察站、飛機導航信標、微波通訊中繼站、海底電纜中繼站等都可以使用免維護、長壽命的RTG供電。僅俄羅斯的北極海岸地區(qū)就有386個使用鍶90的放射性同位素電池運行，為導航設施供電。
