在探索宇宙的征途中，人类从未停止过对高效、持久能源的追求。2024年5月8日，美国市场研究机构EMR公司发布的最新市场调查报告预测，从2024年至2032年，全球核能电池市场将以8.7%的复合年均增长率持续增长。这一预测不仅标志着核能电池作为新能源动力电池的热点话题，更预示着能源领域的一场革命性变革。

△体积小巧的核能电池

核能电池的类型多样，根据提供的电压高低，可分为高压型（几百至几千伏）和低压型（几十毫伏至1伏左右）。按能量转换机制，核电池可分为直接转换式和间接转换式，具体包括直接充电式核电池、气体电离式核电池、辐射伏特效应能量转换核电池、荧光体光电式核电池、热致光电式核电池、温差式核电池、热离子发射式核电池、电磁辐射能量转换核电池和热机转换核电池等。目前应用最广泛的是温差式核电池和热机转换核电池。

核能电池的属性也相当引人注目。它们具有体积小、重量轻和寿命长的特点，而且其能量大小、速度不受外界环境的温度、化学反应、压力、电磁场等影响，因此可以在很大的温度范围和恶劣的环境中工作。这些特性使得核能电池在太空探测、医疗设备、偏远地区供电等多个领域展现出巨大的应用潜力。

△核能电池的典型结构

核能电池的寿命受多种因素影响，包括所使用的放射性元素、电池设计、工作环境等。不同元素的放射性核素，决定了电池的寿命差异。例如，碳-14的半衰期约5700年，使用碳-14的核能电池理论上可使用数千年。此外，核能电池的能量密度极高，1克电池中能存储的能量高达3300毫瓦时，这在传统化学电池中是无法想象的。

近年来，核能电池在太空探测和民用领域取得了重要突破。在太空环境中，探测器需要在低温、高辐射等恶劣条件下工作，核能电池以其高能量密度和稳定性，成为理想的电源选择。例如，中国的嫦娥三号月球探测器就采用了核能电池，使其能在月球表面过夜并完成科学实验。在民用领域，核能电池的长寿命和低维护成本，使其在便携式设备和固定式设备中展现出巨大潜力。

△使用核能电池的嫦娥三号探测器

尽管核能电池具有诸多优势，但它也面临着安全性、辐射防护、废弃处理等挑战。为确保核能电池的可靠性和安全性，未来的研究需要重点关注电池材料的改进、核反应堆设计的优化，以及辐射防护措施的加强。随着技术的进步和绿色能源需求的增长，核能电池有望在智能手机、电动汽车、储能系统等领域得到广泛应用。

中国在自主研发的核电池领域也迈出了重要步伐。2023年1月，北京贝塔伏特新能科技公司宣布研制出民用级别的核能电池，这种电池能稳定供电50年，无需充电和维护，可满足多种长续航和多场景的电力供应需求。此外，中国嫦娥三号月球探测器的成功，也展示了中国在核动力装置研发方面的实力。

核能电池，作为未来能源领域的革命者，正逐渐揭开其神秘的面纱。随着技术的不断进步和应用领域的拓展，核能电池有望成为推动人类社会可持续发展的重要力量。然而，核能电池的研发和应用也需要我们面对和解决一系列挑战，以确保其安全、高效地服务于人类的未来。

（作者：李传福，华中科技大学绿色能源工业研究中心工程师、英国皇家化学会会员、浙江省科普联合会编委会会员。）

来源: 科小二