锂电池民用锂电池要被革命！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

涨知识｜“50年稳定自发电”的核电池要革锂电池的命？核电池民用还远吗？

核电池的规模化商用和民用进展再次受到广泛关注。几十甚至上百年不用充电的核电池到底什么时候能应用到手机、电器、汽车上？

近日，有国内企业宣称成功研制民用原子能电池，可50年稳定自发电、即将投入量产，“遥遥领先”欧美科研机构和企业。该公司称，计划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不充电，现在只能飞行15分钟的无人机可一直飞。

此消息一出，有人为之振奋，高呼“锂电池要被革命！”，亦有网友对该公司所谓的产品前景提出质疑。实际上，核电池早已有之，从上世纪就已引发研究人员的兴趣。20世纪50年代开始，核电池进入快速发展时期。这一长寿能源被寄予了巨大的希望，但时至今日，核电池的主要应用场景仍局限于航天、极地、深海、心脏起搏器等领域。无论从转换效率、输出功率、成本还是辐射安全管理角度来看，核电池民用言之尚早。相较于随处可见的锂电池，核电池难以走进人们的日常生活。

核电池，从太空起步

核电站的工作原理是核裂变，被称为终极能源的“人造太阳”是核聚变反应。裂变和聚变均属于外因引发的核转变，核电池利用的衰变则不同：它是自发进行的核转变，也称为放射性衰变。因此，核电池或称放射性同位素电池，是将放射性同位素衰变时释放的能量转换为电能的一种装置。

由于衰变过程连续不断且不受环境影响，核电池以抗干扰性强、稳定可靠、能量密度高等特征著称，根据放射源半衰期不同，可工作几年、几十年甚至上百年。这使其在一些极端条件和需要长期稳定供电的场合独具优势。按照换能方式不同，核电池又可分为热转换式核电池（将同位素衰变时产生的热能转换为电能）和非热转换式核电池（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）。

核电池研究取得实质性进展始于20世纪50年代，正是得益于航天技术的飞速发展，对高效能长寿命电池产生了极大的需求。

在航天领域，热转换式核电池的“知名案例”颇多。1977年，美国发射携带钚-238核电池的“旅行者1号”航天器，迄今已在太空航行46年，创造了世界卫星远航史上的辉煌纪录，核电池将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”上搭载的核动力装置，是一块重约45公斤、发电功率140瓦的核电池，含约5公斤重的钚-238。2013年，我国“嫦娥三号”携带同位素热源飞天，核电池中的钚金属块238相当于一个“暖宝宝”。有了它，无须担心月夜零下150度到180度的低温冻伤仪器设备。

上述放射性同位素温差发电器核电池技术最为成熟且应用最早，但造价极其昂贵。以“毅力号”火星车核电池系统为例，价格高达7500万美元。

核电池的研究进展。本图源自《核电池概述及展望》一文，2020年12月刊载于《原子核物理评论》

近些年来，另一技术分支——辐射伏特效应核电池的产业化进展频频“出圈”。随着半导体材料制造技术的提高，此类电池的实际应用成为可能。

2012年，国内电商平台就曾出现一款号称20年不断电、不充电的民用核电池NanoTritium出售，售价6980元，旋即引发网络热议。这并非山寨产品，而是美国City Labs公司推出的氚电池。2010年，由该公司研发的NanoTritium辐射伏特效应核电池获得通用许可证。

City Labs选择的氚仅仅释放出低能量的β粒子，可以用非常薄的材料遮挡，是一种较安全且易于密封的放射源。该公司官网资料显示，其氚电池通过了全球航空航天及防务巨头洛克希德·马丁公司的第三方测试，证实该产品的极端温度变化耐受性（-55°C 至 +150°C）。氚的半衰期在12年左右，City Labs 称“15 年前开发的早期NanoTritium电池仍在高效运行，模拟实验表明它们将继续运行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。

作为核电池的能量来源，同位素放射源必须满足半衰期长、功率密度高、放射性危险性小、容易加工、经济和易于屏蔽等条件。辐射伏特效应核电池一般使用纯β辐射放射源，对物质的穿透深度很浅，几张纸就能挡住，没有外辐照伤害。

价格不菲是核电池大规模民用的主要限制因素之一。

将氚电池推向商用市场10余年后，该领域“鼻祖”City Labs公司的生意如何呢？“贝塔伏特电池（Betavoltaic Batteries）和核电池尚未广泛供个人消费者使用，这类电源大多仍处于开发和改进中。一些公司（比如City Labs）提供用于商业和科学用途的贝塔伏特电池。”City Labs称，普通消费者不会购买他们的产品，公司通常与对该技术感兴趣的长期合作伙伴或科学组织打交道。

澎湃新闻从该公司网站获悉，每块氚电池的基础价格为5250美元。当然，批量订单可享受折扣，定制产品要额外收费。

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发布消息，该所韩运成项目组在贝塔辐射伏特核电池研究领域取得了新进展，相关研究成果发表在《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利用放射性同位素释放的贝塔粒子转化为电能，具备长寿命、高能量密度、微小尺寸和优异的抗干扰能力等特点，被普遍认为是微机电系统（MEMS）中极具潜力的能源替代选项之一。然而，传统的平面电池受到半导体结构和放射源加载的限制，半导体转换器仅能利用放射源单面释放的衰变能，导致输出功率和转换效率低，输出功率限制在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到毫瓦量级。根据City Labs公司的资料，该公司提供的核电池产品在纳瓦、微瓦、毫瓦范围。

清华大学辐射防护办公室常务副主任朱立此前曾对City Labs公司推出的氚电池作出解读，“其功率最多只有0.84毫瓦，这表明NanoTritium还不能应用到手机等领域。”

不仅如此，我国《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》明确规定，放射源的豁免必须持有备案证明文件，也即相关商业活动须经过审批。

让我们回到文章开头提及的宣称成功研制民用核电池的企业，“2025年推出功率为1瓦的电池”真的有望实现吗？

这家名为北京贝塔伏特新能科技有限公司的企业称，融合镍63核同位素衰变技术和中国第一个金刚石半导体模块，该公司将推出的第一款产品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 X 15 X 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。

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100年，按半衰期来算，基于镍-63的核电池确实至少可工作50年。

但一位从事核技术应用研究的学者向澎湃新闻表达了对上述公司产品介绍和目标的质疑。“目前功率还没达到这个级别，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”概念也不乏质疑声。“1瓦=1000000微瓦，也就是说造1瓦的核电池，得比硬币大10000倍。要把一枚硬币1万倍大小的东西在两年内做得跟手机电池一样大，摩尔定律都带不动啊，何况是材料学。”该网友还反问道，现在的手机峰值功率可达13-15瓦，1瓦能干啥？

也有网友提出，该产品不仅不适用于手机电池，即使当作外置电源，对比其他动辄百瓦的快充也毫无优势，更不用说镍-63的价格问题。

天眼查资料显示，北京贝塔伏特新能科技有限公司成立于2021年4月，法定代表人是穆索夫·扎乌尔，参保人数0人。北京闿明创新科技有限公司对其持股94%，闿明创新的五位股东为穆索夫·扎乌尔、穆萨夫·穆哈穆德、库果托夫·安佐尔、宁潇函和王振远，参保人数同样是0人。

北京贝塔伏特新能科技有限公司的专利信息如下图所示：

“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此前接受中国科学报采访时称，“国际上对于核电池的民用都存在法规限制，有些放射源的半衰期甚至上千年，一旦不小心遗弃在某个地方，伤害和影响就将持续千年，只有对核电池的制造、流通和回收制定完善的法律、法规并严格执行，这一具有美好未来的能源才能真正变成现实。”

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更为直接。他认为，核电池可以用在一些“不计成本”的事业方面，但不可能像普通商品那样走进人们的生活。