民用锂电池锂电池要被革命！全球首款民用核能电池即将量产：能用50年！|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

锂电池要被革命！全球首款民用核能电池即将量产：能用50年！

1月13日消息，近日，北京贝塔伏特新能科技有限公司（以下简称“贝塔伏特”）通过官网宣布，成功研制出全新的“微型原子能（核能）电池”，其融合镍63核同位素衰变技术和中国第一个金刚石半导体（第4代半导体）模块，可以实现50年稳定自发电，无需充电，无需维护，目前已经进入中试阶段，即将量产投入市场。

贝塔伏特表示，这标志着中国同时在原子能电池和第四代金刚石半导体两个高新技术领域取得颠覆性创新，“遥遥领先”欧美科研机构和企业。

△从该微型原子能电池的尺寸来看，比5角钱的硬币还要小，这似乎也意味着全新的无需充电的智能手机有望诞生，将为智能手机、可穿戴设备的进一步创新带来新的契机。

1月13日晚间，芯智讯也独家联系到了贝塔伏特公司董事长兼CEO张伟，针对该微型原子能电池进行了独家揭秘。

可实现50年续航，首款民用微型原子能电池即将量产上市

据介绍，原子能电池又称核电池或放射性同位素电池，其工作原理是利用核同位素衰变释放的能量，通过半导体转换器吸收转化为电能。这是上世纪60年代美苏重点研究的高科技领域，目前仅有用于航空航天的温差核电池。但是，这种电池存在着体积和重量大，内部高温，价格昂贵，无法民用的问题。近年来，原子能电池小型化、模块化和民用化，已经成为了欧美各国努力的目标与方向。中国在《十四五规划和2035年愿景目标》当中也提出了核技术民用化以及核同位素的多用途发展是未来发展趋势。

贝塔伏特的微型原子能电池研发采用了全新的技术路径，通过放射源镍-63发射的β粒子（电子）的半导体跃迁产生电流。为了做到这一点，贝塔伏特的科学家团队开发了一种独特的单晶金刚石半导体，厚度仅为10微米，把一个2微米厚的镍-63薄片放在两个金刚石半导体转换器之间，将放射源的衰变能量转化为电流，形成一个独立的单元。另外，该核电池是支持模块化，可以由几十个或几百个独立的单元模块组成，并可以串/并联使用，因此可以制造不同尺寸和容量功率的电池产品。

贝塔伏特公司董事长兼CEO张伟表示，公司将推出的第一款产品是BV100，是世界上首块即将量产的核电池，功率是100微瓦，电压3V，体积是15×15×5立方毫米，比一枚硬币还小。核电池每分每秒都在发电，每天8.64焦耳，每年3153焦耳。多块这样的电池可以串/并联使用，能够提供更高的功率。

目前这款产品可以满足航空航天、AI设备、医疗器械、MEMS系统、高级传感器、小型无人机和微型机器人等长续航多场景下的电力供应。

张伟告诉芯智讯：“首款产品将会在一年内上市”。

此外，贝塔伏特公司还计划2025年推出功率为1瓦的电池。张伟表示，在政策允许的情况下，原子能电池可以让一部手机永不充电，让现在只能飞行15分钟的无人机可一直飞。

资料显示，北京贝塔伏特新能科技有限公司成立于2021年4月，注册资本10亿元，法人代表穆索夫·扎乌尔（MUSOV ZAUR），由北京闿明创新科技有限公司控股，该公司成立于2009耐能，前三大股东均为俄罗斯人，持股超90%。公司致力于成为集研发、生产、服务、销售、进出口贸易于一体的高科技企业，主营产品有原子能电池、第四代金刚石半导体和材料、超长碳纳米管以及超级电容器等。

值得注意的是，俄罗斯国家原子能集团(Rosatom)曾于2020年10月14日宣布，俄国家研究型工艺技术大学( MISiS)已成功开发出镍-63放射性同位素电池原型，且其成本远低于其他同类产品。

对于贝塔伏特的俄罗斯籍股东是否与俄罗斯国家原子能集团的有关的问题，对方并未回应。

五大优势突出，比锂电池更安全

据贝塔伏特介绍称，其研发的微型原子能电池拥有五大优势：

1、高能量密度：能量密度是三元锂电池的10倍以上，在1克电池中可存储3300豪瓦时的电能；

2、高使用寿命：能够实现50年自发电，不存在电化学电池的循环次数（2000次充放电）的概念。

3、高稳定性：原子能电池的发电功率稳定，不会因恶劣环境和负载而变化，可在零上120度和零下-60度范围内正常工作，并且没有自放电；

4、高安全性：针对针刺和枪击不起火，不爆炸，没有外部辐射。可以适合用于人体内的心脏起搏器、人工心脏和耳蜗等医疗设备；

5、环境友好：“镍-63”的半衰期为36963.51±54.79天（101年），在衰变期后，作为放射源的镍63同位素变成铜的稳定同位素，不具有放射性，对环境不构成任何威胁或污染。因此，与现有的化学电池不同，该核电池不需要昂贵的回收工艺，消除了电池使用寿命到期后的废料处理问题，非常的环保。

其中，对于大家最为关心的原子能电池安全性问题，张伟告诉芯智讯，贝塔伏特的原子能电池选择的放射源“镍-63”是最安全和理想的材料，具有柔和的β辐射（最大67 keV），没有其他同位素伴随发生的中子或伽马射线。“镍-63”的穿透力也很弱，一张纸就能阻挡射线。所以没有大家担心的“核泄露和污染”带来的相关问题。

同时，贝塔伏特独创的金刚石半导体转换器和3D组件的设计，对于“镍-63”同位素辐射电子的收集系数高达98%，并且制造工艺和密封的外壳也进一步提升了安全性。外部检测根本没有辐射。

张伟进一步强调，相比锂电池，贝塔伏特的微型原子能电池要安全多了！即便是针刺和枪击也不会起火、爆炸，不会有外部辐射。

对于目前国内外是否有类似的产品，贝塔伏特的微型原子能电池在技术有多大的领先性的问题，张伟对芯智讯表示：“目前世界上没有类似的产品，我们领先其他竞争对手5-8年。”

那么，为什么贝塔伏特的微型原子能电池能够具有这么强的领先性呢？

“核心难点就在于金刚石功率半导体，我们公司就是先从金刚石功率半导体做起的。公司的核心研发团队汇聚了15名知名院校毕业的博士。”张伟向芯智讯解释道。

资料显示，相对于硅材料、氮化镓、碳化硅等，金刚石半导体材料的禁带宽度更是高达5.45 eV，最大优势在于更高的载流子迁移率(空穴:3800 cm2V-1s-1，电子:4500 cm 2V-1s-1) 、更高的击穿电场(＞10 MVcm-1 )、更大的热导率( 22 WK-1cm-1)，其本征材料优势是具有自然界最高的热导率以及最高的体材料迁移率，可以满足未来大功率、强电场和抗辐射等方面的需求，是制作功率半导体器件的理想材料。不过，金刚石材料的高成本和小尺寸是制约金刚石功率电子学发展的主要障碍。

值得注意的是，2022年8月，美国商务部工业和安全局（BIS）还将以金刚石和氧化镓为代表的超宽禁带半导体材料技术列入了出口管制。

据了解，贝塔伏特目前已经解决了金刚石功率半导体面临的一系列问题，成功合成了基于单晶金刚石的高压、高温、高速、抗辐射肖特基二极管，厚度仅为10微米。而这也正是贝塔伏特的微型原子能电池将放射源的衰变能量转化为电流的关键。

张伟在官方新闻稿中也指出，“贝塔伏特原子能电池的核心是第四代金刚石半导体，这是业界熟知的半导体终极材料，全球半导体领域科技竞赛的又一个高地。贝塔伏特是全球目前唯一一个能够掺杂制作大尺寸金刚石半导体材料的公司，高效率金刚石转换器是制造核电池的关键。贝塔伏特既是一家新能源公司，也是一家第四代半导体和超长碳纳米管新材料公司。核电池、金刚石半导体和超级电容器，三大技术和材料链接与融合，形成了贝塔伏特的核心技术和创新能力。”

据介绍，目前贝塔伏特公司已经在北京注册了与该“微型原子能电池”相关的专利，并将开始注册全球PCT专利。在中国中核集团举办的2023年创新大赛上，贝塔伏特作为极少数外部参赛企业，在几百家企业和研究机构中脱颖而出，获大赛三等奖，代表中国权威的核技术企业对贝塔伏特公司的原子能电池技术与产品的认可。

△中核集团第二届科技创新大赛三等奖获奖名单

可穿戴及智能手机创新迎来新契机

众所周知，目前智能手机等移动设备及可穿戴设备的创新已经进入了一个瓶颈期，其中一个关键的限制就是电池续航能力，因为此类设备的很多的功能设计和性能设计都需要向电池续航妥协。

比如决定手机/可穿戴设备性能的移动处理器，首先就需要考虑功耗问题，这也制约了芯片性能的进一步提升，为此芯片厂商不得不采用更为先进且昂贵的半导体工艺制程在提升性能的同时控制功耗，这也使得处理器成为了不断推升各类设备成本的关键因素。可以说，这些性能、续航、成本上的制约，严重阻碍了智能手机、可穿戴设备的进一步创新。但是，如果这类设备能够采用这种型原子能电池，那么很多问题就有望迎刃而解，并且将为这些设备的创新带来全新的契机。

目前贝塔伏特推出的首款微型原子能电池BV100功率只有100微瓦，只能满足一些极低功耗设备的运行。因此主要面向心脏起搏器、人工耳蜗、助听器、侵入式脑机接口等方面的应用。

但是，据张伟介绍，贝塔伏特明年将会推出功率1瓦的原子能电池，这样的功率已经是可以为很多可穿戴设备，比如TWS耳机、智能手环/手表，甚至是智能手机供电了。

根据中关村在线数年前对于20款智能手机一项续航测试显示，这些测试手机在100%电量的条件下插入SIM卡并接入4G LTE网络，开启WiFi网络，关闭蓝牙、GPS、勿扰模式、闹钟等功能，保留微信、电话、相机、皇室战争、微博共5个APP驻留后台并保持熄屏状态下，其平均的待机功耗为59.15毫瓦。

当然，现在智能手机在高负载状态下，功耗大概要到10瓦左右，仅靠功率微1瓦的微型原子能电池供电是不够的。但是，只要该原子能电池的尺寸及手机的内部的电池空间允许，完全是能够设计成两块电池供电。一块原子能电池作为待机供电，另一块常规电池作为高负载应用供电，同时待机状态下原子能电池则能够为常规电池进行充电，这样就能够让智能手机实现无需充电的永久续航（至少是在智能手机的整个生命周期内）。

另外，现在消费者对于一款智能手机使用寿命一般也就是两三年，虽然近两年随着智能手机创新放缓，用户的换机周期有所拉长，对于一部智能手机的使用大概也就是在四五年左右的时间。所以，需要的是功率更高，但续航只需要数年的原子能电池即可。

值得一提的是，贝塔伏特公司还表示，其已经与中国专业核研究机构和大学进行沟通，计划继续研究采用锶90、钷147和氘等同位素，研制更高功率、使用寿命2年-30年原子能电池。或许未来数年内，我们就能够看到可以独立应用于智能手机的原子能电池了。

张伟也明确的对芯智讯表示：“我们能做手机用的微型原子能电池，但是这么大功率的需要辐射安全许可证，所以民用会先从很小功率的开始，其他大功率的主要是面向非民用市场。”

对于成本方面，据张伟向芯智讯透露，面向不同的应用场景，贝塔伏特的原子能电池未来会有几百元、几千元、几万元的不同价位的型号可以选择。

编辑：芯智讯-浪客剑

揭秘民用核电池：50年稳定自发电，幻想还是现实？

界面新闻记者 | 戴晶晶

想象一个不再受限于电池续航能力的未来：智能手机无需再充电，无人机能够持久飞行，各种人工智能设备、医疗器械和微型机电系统等都能在不间断的运行中发挥最大效用。

最近，一家位于北京的初创企业——北京贝塔伏特新能科技有限公司(下称北京贝塔伏特)宣布，该公司已成功研制出民用微型原子能电池，能50年稳定自发电，无需充电或维护，未来推向市场的产品可以帮助实现以上美好的设想。

原子能电池是一种物理电池，又称核电池或放射性同位素电池，是将放射性同位素衰变时释放能量转换为电能的一种装置。

该公司将推出的首款产品为BV100，功率100微瓦，电压3V，体积是15x15x5立方毫米，比一枚硬币还小。

北京贝塔伏特表示，这是全球首块即将量产的核电池。从技术层面看，这也标志着中国同时在原子能电池和第四代金刚石半导体两个高新技术领域取得颠覆性创新，“遥遥领先”欧美科研机构和企业。

前景看起来很美好，但仍有许多未解之处。这家“横空出世”的北京贝塔伏特公司是什么来头？该产品真的具有突破性吗？安全性如何？早已问世的核电池，为何民用进程迟迟无法推进，又何论颠覆锂电池？

一、核能电池是什么？

核电池不是什么新鲜事物，已经历了一个多世纪的发展，并被人们成功应用在了航空航天和医学等领域。

由于放射性同位素衰变过程连续不断且不受环境影响，核电池通常具有稳定可靠、无需人工干预和能量密度高等优势，且部分放射源半衰期长达几十年或几百年，能保证核电池有较长的工作寿命。

技术最成熟且最早应用核电池种类为放射性同位素温差发电机(RTG)，已在诸多航空项目中部署， 如美国1977年发射的“旅行者1号”航天器就携带了将钚-238作为燃料的RTG，助力其成为离地球最远和飞行速度最快的人造卫星。

2013年和2018年，中国发射的嫦娥三号、四号月球着陆器上也搭载了RTG同位素电池。

RTG属于热转换式核电池，是将衰变产生的热能转换为电能。但由于RTG体积很大，且造价高昂，应用领域有限，因此科学家开始研制小型RTG和采用其他能量转换模式的微型核电池，并同时追求更高的转换效率和安全性。

二、民用核能电池进展如何？

非热转换式核电池是指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，其中辐射伏特效应核电池受到较多关注，随着半导体材料的发展，被认为具有商业化潜力，通常使用β射线源。

早在十多年前，美国佛罗里达州City Labs实验室就成功研发了一种以氚为基料的辐射伏特效应核电池，名为“Nano Tritium”。氚是一种氢同位素，会自发地发生β衰变。

该电池号称可以连续工作至少20年而不需要充电，甚至2013年在中国的电商平台上以6980元的价格出现，标注为“无辐射的民用核电池”。

City Labs实验室官网显示，目前其NanoTritium电池系列产品可以为纳米瓦和微瓦设备供电，用于商业或科学用途。每块电池的基本价格为5250美元起(约合人民币3.77万元)，批量订购提供折扣。

该公司同时表示，由于核电池当前应用有限，一般普通人没有理由购买，所以它通常与对该技术感兴趣的企业或科学组织打交道。

此外，英国公司Arkenlight和美国加州的新能源初创公司NDB均聚焦碳-14同位素，通过辐射伏特效应开发钻石核能电池。

Arkenlight承认，该电池供电能力有限，无法驱动手机或汽车，但希望可以用于低耗电的高功率设备或传感器中。该公司计划2024年将电池产品装载在设备上。

NDB则在2020年就宣称其研制的电池可以收集40％左右的电荷，在不需要充电的情境下，持续使用时间能达到2.8万年。但截至目前，该公司还未宣布产品的商用。

无论是Arkenlight还是NDB，它们研制的核能电池，均处于前期开发阶段。

3、北京贝塔伏特是什么来头？

据界面新闻了解，北京贝塔伏特成立于2021年4月，注册地为亦庄经济开发区。法人是俄罗斯人穆索夫·扎乌尔(MUSOV ZAUR)，中文名张伟，同时担任该公司董事长兼CEO。

天眼查APP显示，1月15日，北京贝塔伏特更新注册信息显示，公司注册资本1亿元，实缴资本530万元。此前，该公司注册资本为10亿元。

“目前CEO和负责基础研发的专家都回俄罗斯了，等春节后会有正式面向外界的介绍。”北京贝塔伏特一位不愿具名的负责人对界面新闻表示，具体产品将在此后亮相。

从北京贝塔伏特申请的专利来看，该公司技术主要来自于俄罗斯的团队。 上述负责人表示，该公司属于中国内资公司，总部在北京，未来将在莫斯科设立分公司。

该专利名称为《一种核电池及其制造方法》，目前处于实质审查状态。

北京贝塔伏特表示，它既是一家新能源公司，也是一家第四代半导体和超长碳纳米管新材料公司。

“核电池、金刚石半导体和超级电容器，三大技术和材料链接与融合，形成了贝塔伏特的核心技术和创新能力。”该公司称。

去年11月，四川绵阳市经济合作局官微“投资绵阳”发布的消息显示，当月7日，游仙区2023年第四季度项目集中签约仪式举行，其中游仙区与北京贝塔伏特公司签约50亿元的创新高科技项目战略合作协议框架。

4. 北京贝塔伏特的产品是什么？

北京贝塔伏特研发的核电池也是一种辐射伏特效应电池，通过放射源镍-63发射的β粒子(电子)的半导体跃迁产生电流。

为此，该公司开发了一种单晶金刚石半导体，厚度为10微米，把一个2微米厚的镍-63薄片放在两个金刚石半导体转换器之间，将放射源的衰变能量转化为电流，形成一个独立的单元。

北京贝塔伏特表示，高效率金刚石转换器是制造核电池的关键，该公司电池的 核心是第四代金刚石半导体。该公司也 是全球目前唯一一个能够掺杂制作大尺寸金刚石半导体材料的公司。

“核电池是模块化的，可以由几十个或几百个独立的单元模块组成，并可以串并联使用，因此可以制造不同尺寸和容量功率的电池产品。”该公司称。

这与俄罗斯此前公布的技术基本一致。

2018年，俄罗斯科研团队制作了包括镍-63和金刚石能源转换器的核电池原型，论文发表于《DIAMOND AND RELATED MATERIALS》期刊。

该团队的结论是，如果将镍-63夹在厚度为10微米的金刚石二极管之间，镍-63层在厚度仅为2微米时最有效。这一核电池原型在0.9V时，实现了约0.93微瓦的最大输出功率，体积为5x5x3.5立方毫米。

1微瓦已足够为心脏起搏器提供动力。

目前尚不确认，北京贝塔伏特公司与上述俄罗斯科研团队的关系。

北京贝塔伏特的BV100，功率为100微瓦，等于万分之一瓦。作为对比，当前手机在重负载下的典型功耗是8瓦，平时约为5瓦。

该公司计划在2025年推出功率为1瓦的电池。如果成功推出，这将是目前功率最大的民用核电池。

该公司负责人对界面新闻表示，这将通过金刚石半导体尺寸改变，核同位素材料变化和P-N结技术的采用来实现。

“1瓦的电池绝对不是1万块100微瓦的电池叠片在一起，是新技术和新材料的创新组合。”该负责人称。

对于北京贝塔伏特推出的核电池，某高校物理学教授向界面新闻表示，放射源管理严格，且成本高昂。此外，金刚石半导体工艺复杂，目前国内还没有N型掺杂工艺的技术突破。

5、这款产品安全吗？

核辐射是核能利用的首要考虑因素，核能电池领域也存在着一定安全风险。例如，钚238除了本身具有放射性外，本身也是剧毒物质。

1964年，美国发射Transit-5BN-3卫星失败，在重返大气层时燃烧美体，其同位素电池中的钚238燃料释放到大气中，造成了非常严重的污染。

目前，α和β衰变核素衰变过程中释放的粒子射程相对较短，辐射较容易阻隔。

北京贝塔伏特公司表示，该公司开发的原子能电池绝对安全，没有外部辐射，适合用于人体内的心脏起搏器、人工心脏和耳蜗等医疗设备。同时，在衰变期后，作为放射源的镍63同位素变成铜的稳定同位素，不具有放射性，对环境不构成任何威胁或污染。

上述物理学教授表示，单从放射性角度来讲，贝塔辐射电池中纯 β粒子射程非常短，不存在安全性的问题。 如果北京贝塔伏特使用镍-63来制作电池，核电池本身辐射防护的安全性可以保证。

6、能颠覆锂电池吗？

考虑到镍-63的半衰期为100年，BV100并非不可能实现50年的使用寿命。

根据吉林大学李潇祎、陆景彬等学者2020年12月发表在《原子核物理评论》文章的介绍，β辐射伏特效应核电池的寿命主要取决于两部分：一是能量损耗情况，由放射源的特性决定，称为理论寿命；二是辐射损伤情况，由半导体材料及期间的整体特性决定，称为工作寿命。

北京贝塔伏特表示，该公司研制的核电池每克约有3300毫瓦时的电力，能量密度是三元锂电池的10倍以上。

这引发了核电池将颠覆锂电池行业的讨论。

上述物理学教授表示，原理上核电池能量密度是可以比锂电池高出很多倍，但并不代表核能电池能够在所有领域有效取代锂电池。此外，锂电池目前也有很多研究进展，出于安全性和成本等考虑，核电池不太能短期内在民用方面取代锂电池。

从历史上看，由于低性价比和安全性，实际上锂电池一度取代了核能电池。

上世纪70年代，有公司将钷147同位素用于心脏起搏器，虽然钷147同位素也属于β衰变，但过程中会释放γ射线，需要增加大量成本屏蔽辐射。此外，病人去世后火化也可能出现放射性物质的泄漏问题，于是锂电池取代核电池应用在这一领域。

7、量产前景如何？

除了在技术上的不确定性，上述物理学教授指出，放射源管理严格，如需量产获取渠道会是一个大问题。

根据中国《放射性同位素与射线装置安全和防护条例》和《放射性同位素与射线装置安全许可管理办法》，放射源的豁免必须持有备案证明文件，须经过审批。

从成本来看，镍-63同位素不存在于自然界，需要通过在核反应堆内照射镍-62等处理才能获得。根据《国际核工程》期刊网站的文章，1克放射性镍-63的价格约为4000美元(约合人民币2.87万元)。因此，如能实现量产，上述核电池的售价会很高。

不过，镍-63放射性较低，生态环境部近年也有给部分企业仪器中镍-63放射源实行豁免管理的例子。

面对近期的质疑，该公司负责人对界面新闻表示，手机等快消品不是北京贝塔伏特最近两三年要服务的市场，要综合各方面的考虑：一是要看国家法规，标准和产业政策，二是看电池各项性能的进一步突破，三是看成本如何不断降低。

“心脏起搏器，微型无人机和微型机电系统也属于民用领域。”该负责人称。

北京贝塔伏特公司称，已经与中国专业核研究机构和大学进行沟通，计划继续研究采用锶90、钷147和氘等同位素，研制更高功率、使用寿命为2-30年的原子能电池。

民用锂电池锂电池要被革命！全球首款民用核能电池即将量产：能用50年！

锂电池要被革命！全球首款民用核能电池即将量产：能用50年！