【和鑽石一樣恆久遠的電力】核廢料被做成電池,即使過了五千年還有 50 % 的電力!

(圖片來源:University of Bristol)

【我們為什麼編譯這篇文章】核廢料的輻射一直是發電研究的主題,尤其是它的安全性,永遠就像一顆未爆彈。英國布里斯托大學研究團隊用核廢料做成的鑽石電池,聲稱透過外殼阻隔能確保任何輻射外洩的可能,其提供的電力可持續 5,700 年,應用在低耗電的電子產品上能有很大的功效,若未來量產,物聯網裝置的電力供應將會有什麼新變革呢?(責任編輯:賴佩萱)

核廢料的存放與處理是許多有核能發電的國家長期以來的爭議問題,沒有人願意將具有風險的廢料放置在自己家園旁,不過英國布里斯托大學(University of Bristol)的科學團隊或許能為此找到解法。

2016 年他們成功將核廢料裝於堅固的鑽石中,不僅能有效阻隔危險放射物質的外射,也能因此產生少量的電荷,而且這種「鑽石電池」未來能取代我們生活中常見的電池嗎?

核能為機器人供電,長時間觀測火山狀態

布里斯托大學的團隊 2016 年製造出的鑽石電池如巧克力般的大小,能夠透過微量的核能來提供動力,在 2018 年該團隊曾利用這種鑽石電池,組建了一群由該種電池提供動能的機器人團隊,並利用無人機載送機器人到西西里島的斯特龍伯利火山口進行地質勘查,突破以往人類無法近距離觀察火山噴發狀況的阻礙。

眼見這種用核廢料轉化成鑽石電池的應用成功,布里斯托大學團隊的科學家 Tom Scott 跟 Neil Fox,成立了新創公司 Arkenlight,專注研發鑽石電池。

核廢料裝進鑽石裡,變身「鑽石電池」

核能發電除了會產生電能外,將電存於石墨緩衝劑中時,會產生具有高放射性的碳-14(一種碳的同位素)核廢料,若核廢料埋藏在地底下只少要等上 20 萬年,才會讓輻射強度降到自然值。

布里斯托大學研究團隊發現,當把具有碳-14 的核廢料封裝到人工鑽石裡,透過加熱石磨緩衝劑,能將其中具有放射性的碳-14 分離出來並轉變為氣體,藉此 阻隔放射性物質的外散,而且還能產生少量的電能,如此一來,核廢料成功變成了「鑽石電池」。這種電池可以不斷運作,即便經過 5,700 年後還能提供 50% 的電能,可為電子設備提供比人類已有的書寫歷史還久的供電時間,提供長久的電力使用。

鑽石電池能提供恆久遠的電力,低功耗電子產品革命將來臨?

鑽石電池的壽命雖然恆久遠,但沒有辦法產生大功率的電能,例如無法為電動車提供動力,Arkenlight 的 CEO Morgan Boardman 透露,要驅動電動車意味著電池的質量本身要能提供比車輛本身更高的質量,而鑽石電池較適合被應用在感測器這種需常態供電、不需大量電力供應,像是家用火警警報器,如果發生故障,只要定期更換警報器本身就好,而電池可以續用。

而 Arkenlight 也在嘗試更進一步的應用,就如同上述火山口的觀察上,鑽石電池適合用於因人類難以到達、接觸所使用的裝置供電,例如在危險的核廢料倉庫、人造衛星上裝置的感測器電池等。

鑽石電池安全嗎? 科學家掛保證:簡單外殼就能阻隔

不過鑽石電池是透過射線電池(Betavoltaic device)原理產生電能,它的安全性長久以來都是外界擔心的話題,如果它所釋放的 β 射線外洩接觸到皮膚,是否會產生不良影響?

西北太平洋國家實驗室材料科學家 Lance Hubbard 表示,通常只需要簡單的外殼阻隔就可以確保任何射線外洩的可能,對人類來說非常安全,當電池電力耗盡時會達到穩定狀態,也等於電池內已不存在任何核廢料。

Hubbard 也認為核廢料製成的鑽石電池可以為許多低功耗的電子產品帶來應用的新紀元,非常適合在物聯網時代提供這些裝置長久、穩定的電力。

Arkenlight 的鑽石電池目前仍在實驗階段,還需要幾年時間改進,不過鑽石電池也引起了太空和核能產業的興趣,Arkenlight 透露,近日已接到歐洲太空總署的合約,將利用鑽石電池發展一種衛星 RFID 標籤,透過發射微弱的無線電信號來辨識衛星,並提供數千年的電力。

鑽石電池的技術突破充滿想像,Arkenlight 預計在 2024 年前將這種電池商用化量產,屆時會有什麼樣的實際應用,相當期待。

參考資料

Wired》、社企流》、 科技新報

(本文提供合作夥伴轉載;首圖來源:University of Bristol。

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