假如给电动汽车挂一个「核电池」可以永远不充电吗？

在现实生活中，如果能有不充电的手机、电动车、电子设备，那一定极大方便人们生活，办理人们的“充电焦虑”，乃至引起科技革命。

以是，有人会感叹：假如有一个“永不断电”的“核电池”该多好！

大家是否定为这是一种高科技的抱负？实在，这种电池早就被发明出来了。
核电池作为一种龟龄命、高能量密度、免掩护的发电装置，在多个领域实现运用，比如空间探测、海洋探索、生命医疗等领域都得到了成功运用。

那么，核电池究竟是什么，目前在哪些地方得到了切实的运用，未来的运用又能够为人类带来哪些生活变革呢？我们就大略和大家聊一聊。

核电池，顾名思义，是一种将核能转换为电能的电池。
核能常日包含三种能量形式，分别为裂变能、聚变能以及衰变能。
个中，核电站的能量来源是裂变能，被称为终极能源的“人造太阳”则依赖是核聚变反应开释能量。
裂变能和聚变能来自于外因引发的核转变所开释的能量，而衰变能则是来源于不稳定的核自发的进行核转变的过程。

核衰变有三个主要特色：一是衰变过程稳定且连续不断，二是可开释出大量的能量，三是不受物质形态和环境成分的影响。

核电池便是以这种衰变能为能量来源，并利用换能器件将核能转换为电能的装置。

正是由于核电池的能量来源为核衰变，因此比较于化学电池、光伏电池、燃料电池等传统电池，其具有寿命长、能量密度高、无需掩护、环境适应性强等显著上风：

1) 利用寿命长。
核电池的理论寿命取决于选用放射性同位素的半衰期（指大量原子核衰变到原来数目一半的韶光，此处可近似理解为经历一个半衰期后核电池功率减少为初始时一半）。
如采取常用放射性同位素，其理论寿命可达数十年至上百年。
若以半衰期为5730年的C-14为放射源，其理论寿命可达数千年乃至上万年。

2) 能量密度高，易于微型化。
在所有的能源中，衰变能远超于其他常规能源的能量密度。
如相同重量的核电池和锂电池比较，核电池可做到“一节更比千节强”。
而且放射源随意马虎集成在非常小的构造表面，实现微型化。

3) 输出特性稳定，无需掩护，环境适应性强。
由于核衰变过程不受物质形态和环境成分(温度、湿度、酸碱度、压强等)的影响，因而核电池的能量来源稳定，理论上核电池在设计期限内无需掩护，具有稳定的输出特性。
比较之下，传统的太阳能电池、锂电池等则受光照、温度等外部环境影响严重。

核电池由于其龟龄命、环境适性强、无需掩护等优点，在空间探测、海洋探索、生命医疗等领域都有广泛运用。

例如，在航空航天领域，我国研制的Pu-238核电池于2018年被运用于“嫦娥四号”探月工程中，用于给“玉兔号”供电。

“嫦娥四号”核电池系统

美国自1961年起已成功将40余个核电池运用在空间探测中，个中包括著名的阿波罗号、先驱者号、旅行者号、伽利略号、尤利西斯号等。

阿波罗-12号的核电池及运用了核电池的空间探测器及目的地

值得把稳的是，1977年美国发射的旅行者号探测器，迄今已在太空航行40多年，并已飞离太阳系，但其搭载的核电池仍旧能够连续为探测器的设备供应电能，吸收来自地球的操作指令。

旅行者一号穿越星际空间观点图

在海洋探索领域，上个世纪六七十年代，美国和前苏联生产了大量的核电池用于海洋探测、海洋监控、海洋预警等，为水下和水面孤岛等无人值守的电子设备供电。

在生命医疗领域，核电池也被用于心脏起搏器中，对患者的随访证明了核电池对人体的安全性[2]，也表明了核电池的长期可靠性，极大减少患者因改换电池进行手术的痛楚。

心脏起搏器用核电池

此外，目前美国的City Labs公司还推出了以氚为核源的核电池，但该电池并未得到大规模的商业化运用，紧张缘故原由还在于氚电池的本钱较为昂贵，目前一块氚电池售价就超过5000美元，极大阻碍了市场推广。

美国CITYLAB公司生产的氚电池

从以上核电池的运用可以看出，截止到目前为止，核电池并未真正实现民用，仅在某些“不计本钱”的领域得到运用。

只管核电池由于本钱问题暂未得到广泛运用，但随着未来对核能开拓的日益成熟，核电池市场规模的逐步扩大，可以期待核电池的本钱大幅低落，在未来一些核电池不可替代的领域，人们也能享受到“物美价廉”的核电池带来的便利。

在未来，核电池与物联网、电动汽车等方面的结合，将打开能源供应和智能设备的新纪元，极大提高人类生活的便利性、舒适度和可持续性，也为开辟人类宇宙空间活动供应一种便利的能源选择。

物联网技能领域

物联网是指通过信息传感设备，将任何物体与网络相连接，实现万物互联。
而传感器则是物联网运用的根本，传感器之于物联网正如眼睛耳朵等觉得器官之于人类，没有传感器就物联网就无法感知和丈量环境中各种物理量，如温度、湿度、压力等。
物联网需求的传感器数量巨大，且须要传感器微型化。
因此须要一种龟龄、体积小、能量密度高的电源对传感器供电。
目前，传感器因其功能的不同功率有所不同，常日功率范围约为微瓦级至毫瓦级，考虑传感器功率为100mW（0.1mW），若以市情上某款纽扣电池为例，电池直径20mm，厚度3.2mm，容量630mW·h，该纽扣电池仅能供该传感器利用约8个月就须要改换电池，十分未便利。
而与该纽扣电池类似大小的核电池可以实现百微瓦级的功率输出，且可在数十年的韶光内持续发电，实现物联网传感器的免掩护免充电，一次安装即可超长期服役，免去海量传感器因频繁改换电池而导致的巨大的人力物力摧残浪费蹂躏。

汽车领域

核电池具有输出功率稳定的特色，但这一特色也限定了其直接作为汽车动力电池利用。
动力电池利用工况繁芜，在加速工况下峰值放电功率可达百kW级，而核电池无法产生瞬时大功率输出。
虽然核电池不适宜作为动力电池，但可作为充电设备，类似给电动汽车上挂一个“核电池充电宝”，像“毅力号”火星车核电池一样，免去汽车的充电问题。

“毅力号”火星车核电池

以市情上某款电动汽车为例，该车纯电续航里程为510km，电池容量为57.6 kW·h，电池质量为410 kg，百公里耗电11.9 kW·h，电动机总功率为100 kW。
考虑如今效率最高的静态型核电池（即核电池内不含运动部件），其比功率为18.5 W/kg[3]，虽然受限于本钱，最大输出功率仅数百瓦，但若不计本钱，200kg的核电池可产生3.7 kW电功率，如此则每天可充电~90kW·h。
在非永劫高速行驶的条件下，搭载了“核电池充电宝”的电动汽车基本可以做到“免充电”。
若以该核电池利用韶光20年打算，相称于200kg的“核电池充电宝”的容量就高达近65万kW·h，可对该汽车电池循环充电11000+次，电池容量用十分巨大形容也不为过。
其余，考虑到未来核电池技能的发展，核电池的转换效率、比功率等仍有较大的提升空间，可以想象，届时搭载“核电池充电宝”的电动汽车，将彻底做到免充电利用，完美办理电动汽车的能源补给的瓶颈问题，极大提升电动汽车的利用便利度，同时推动汽车的清洁能源转型。

目前，火星被认为是有可能成为人类第二家园的星球。
然而，火星的夜间气温会低至零下100℃，且有着肆意横行覆盖全体星球的沙尘暴。
电影《火星接济》中有这样一个细节，在男主战胜了食品和水基本生存困难后，他开始思考如何为自己创造机会返回地球，他组装好了太阳能电池来为漫游车供应能源，并且挖掘出了核电池为生活区坚持供热。

这是否可以实现呢？

电影《火星接济》核电池剧照

目前，我国的人均年用电约6000kW·h，考虑火星须要用电之处更多，比如制氧、制水等，以一个地球年的人均电能需求30000kW·h计，其余火星上还须要夜间持续供暖，因此电能是一个相称大的需求量。
太阳能电池在沙尘景象下发电量大打折扣，夜间更是无法发电，对环境哀求较高，无法知足持续稳定的能源供给；而受限于火星稀薄的空气和沙尘景象（空气稀薄风能较小，沙尘景象危害机器运动部件），也无法依赖风能进行有效发电。
但如果我们利用核电池，则可以完美匹配火星移民需求。
核电池可以在房屋内外利用，不仅可以发电，核电池自身的发热量就可以用于夜间供暖。
未来500kg重的核电池，完备可以做到输出功率10 kW。
如此，则该核电池每个地球年可以发出近9万kW·h的电，完备知足火星生活用电，乃至可根据须要直接搬到火星车上使其成为“永动机”（考虑Pu-238，纵然利用20地球年，放射源的能量也有初始能量的~85%），扩大火星移民的活动范围。
如此便携的能量站，在任何情形下都可以让人完备不用担心电能的供应问题。

电影《独行月球》中，独孤月与金刚鼠一同开着太阳能月球车去找发动机，途中不得不“追逐太阳”以得到持续不断的电能补给，在末了的一段路程中，由于日落和电能耗尽，独孤月险些落难，幸而有刁悍的金刚鼠令独孤月绝地逢生。
在电影里，如果独孤月拥有一种电池，忽略各种恶劣环境，不用担心电量问题，金刚鼠是不是不用在月面奔跑了呢？

电影《独行月球》剧照

（作者为中国核动力研究设计院锐核团队）