超級電池

2014年，有一條科技新聞多次登上各網(wǎng)站的“頭條”：美國密蘇里大學(xué)的一個能源研究團隊對外宣布，他們開發(fā)出一種“超級電池”，可以裝到汽車上，其提供的電量能讓一輛汽車在不充電的狀態(tài)下連續(xù)行駛數(shù)年。

在我們的印象里，電動汽車每天都需要充電，并且因為所存電量有限，電動汽車還常常無法長時間連續(xù)行駛。電池不耐用，是制約電動汽車發(fā)展的最大瓶頸?，F(xiàn)在居然有一種“超級電池”不充電可以讓汽車連續(xù)行駛數(shù)年，這是一種什么樣的電池呢？

核電池vs核電站

這種“超級電池”的名字叫核電池！

用核能發(fā)電，大家耳熟能詳?shù)氖恰昂穗娬尽保F(xiàn)在蹦進耳朵的名字可是叫“核電池”呀。那么核電池是不是一座微型化的核電站呢？要弄清楚核電池與核電站的區(qū)別，我們不妨看看核電站和核電池各自的發(fā)電原理吧。

核電站的發(fā)電原理

核電站是把放射性元素放進一個“堅固的容器”里，這些放射性元素在衰變的過程中會釋放出大量熱能，這些熱能把水加熱，形成高壓水蒸氣，水蒸氣再推動發(fā)電機發(fā)電?？磥?，核電站的發(fā)電原理和火力發(fā)電站的發(fā)電原理是相同的，只不過火力發(fā)電站是用煤炭燃燒把水加熱的，核電站則是利用“原子能”把水加熱的。如果不考慮“加熱方式”的區(qū)別，核電站也算是火力發(fā)電站的一種。

核電池的發(fā)電原理

1818年，有位叫塞貝克的物理學(xué)家在實驗時發(fā)現(xiàn)了一個奇特的物理現(xiàn)象。他把兩段不同的金屬棒用導(dǎo)線連接起來，形成一個電路，然后把其中一個金屬棒加熱到較高的溫度時，電路中就產(chǎn)生了電流。

當(dāng)時的物理學(xué)家都知道當(dāng)金屬棒“切割”磁力線的時候，電路中就會產(chǎn)生電流，并把這種現(xiàn)象稱為“電磁效應(yīng)”。人們就是利用了電磁效應(yīng)發(fā)明發(fā)電機的?？墒牵惪思訜峤饘侔舳a(chǎn)生的電流并非基于“切割磁力線”，那怎么會產(chǎn)生電流呢？

原來，這是由于兩根金屬棒之間存在著“溫度差”。物理學(xué)上，把電路中兩段金屬棒因存在溫度差而產(chǎn)生電流的現(xiàn)象就被稱為“熱電效應(yīng)”。核電池就是利用熱電效應(yīng)而產(chǎn)生電流的。

核電池的構(gòu)造可以簡單地描述成這個樣子：在一個密閉容器內(nèi)放置兩段半導(dǎo)體棒，用放射性元素包裹其中一段半導(dǎo)體棒，放射性元素會在衰變的過程中釋放熱量把這段半導(dǎo)體棒加熱，使其成為一段“熱棒”，而另一段半導(dǎo)體棒則不包裹放射元素，沒有熱量來加熱它，所以它會成為一段“冷棒”。核電池內(nèi)的“熱棒”和“冷棒”存在溫度差，如果把這兩段有溫度差的半導(dǎo)體棒用導(dǎo)線連接起來形成電路，那么就會產(chǎn)生電流。

核電站用電磁效應(yīng)發(fā)電，而核電池則是運用熱電效應(yīng)來發(fā)電，這就是核電站和核電池的本質(zhì)區(qū)別。

航天利器

熱電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)快有200年的歷史，因此運用熱電效應(yīng)制造的核電池也并不是什么新科技產(chǎn)品。早在幾十年前，科學(xué)家就已經(jīng)研制出了核電池，只不過當(dāng)時的核電池多用于航天設(shè)備之中，所以它一直是航天工程的利器。

1969年7月，美國“阿波羅11號”飛船降落在月球上。隨后，航天員登上了月球。當(dāng)時“阿波羅11號”飛船上安裝了一個類似于核電池的裝置，其發(fā)熱功率相當(dāng)于一個15瓦的燈泡。這個發(fā)熱裝置里填充的放射性元素為钚-238。之所以說它類似于一個核電池，是因為當(dāng)時這個裝置不是用來輸出電流的，只是通過發(fā)熱幫助飛船在月球上取暖用的，這個發(fā)熱裝置可以說是核電池的雛形。

“阿波羅12號”飛船加裝了通過改進的發(fā)熱裝置，改進后的裝置內(nèi)部填充的放射性元素仍舊是钚-238，內(nèi)部又加裝了兩個用于產(chǎn)生電流的半導(dǎo)體棒，讓它成為了一個真正的“核電池”，當(dāng)時它被稱為SNAP-27A?！鞍⒉_12號”飛船攜帶的核電池重31千克，發(fā)電功率提升到60瓦，可持續(xù)輸出電流達一年的時間。正是因為有了核電池，“阿伯羅12號”才完成了一系列高難度、用電量大的太空研究任務(wù)，這都得益于核電池為飛船提供了足夠而持續(xù)的電力供應(yīng)。

1976年，“海盜號”火星探測器通過漫長的太空旅行，成功地在火星上著陸并展開相關(guān)探測實驗，也是得益于它上面裝置了兩個35瓦的核電池。2004年登陸火星的“勇氣號”和“機遇號”也帶著核電池踏上了太空的旅途，當(dāng)這兩個火星探測器到達火星后，關(guān)注者們發(fā)現(xiàn)這兩個“小家伙”雖然工作很“繁忙”，但“精神頭”卻特別好，這是因為它們隨身裝置的核電池可連續(xù)供電14年。這種核電池的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，其提供電力的效率遠遠高于太陽能電池板的供電效率。

目前，有能力將核電池裝置于航天器的國家有美國、歐盟、俄羅斯和中國。近些年來，中國的航天技術(shù)發(fā)展迅速，核電池也成為太空探索不可缺少的利器，比如“嫦娥三號”的月球車就裝置了核電池作為電源。

宇宙無限廣闊，人類對宇宙里的“秘密”有著強烈的好奇心，所以開始制造一些飛行器向更加深遠的宇宙空間飛行。美國的“旅行者1號”探測器，目前創(chuàng)造了太空飛行史的輝煌紀(jì)錄：它已經(jīng)連續(xù)飛行了36年，現(xiàn)在距離地球有200億千米遠，已經(jīng)飛行到了太陽系的邊緣。它的目標(biāo)是飛出太陽系，充當(dāng)?shù)厍蛉说摹坝钪媸拐摺保撠?zé)向外星人傳遞人類信息?！奥眯姓?號”要完成這樣的任務(wù)，需要繼續(xù)飛行上百年，甚至上千年——“旅行者1號”攜帶的核電池，將工作到2025年。

飛入尋常百姓家

核電池技術(shù)在航天工業(yè)的“磨練”下，制造工藝越來越成熟，制造成本也越來越低廉，所以核電池最終將從航天技術(shù)轉(zhuǎn)化為民用技術(shù)。就目前的情況來看，核電池“飛入尋常百姓家”的動作正越來越明顯，因為普通人的生活空間里，或隱或現(xiàn)地有了核電池的身影。核電池進入普通生活，會給我們帶來什么樣的驚喜和改變呢？

手機可以不用充電了

生活中，每個人都經(jīng)歷過手機電量不足，需要不斷充電的煩惱。如果有一個人擁有一個月都不用充電的手機，那肯定是令人欣喜的事情。可是現(xiàn)在給你一個能連續(xù)使用5000年都不需充電的手機，你肯定會驚訝萬分吧。是的，核電池正由原來的“較大”向著“小型化”的方向發(fā)展，做到手機電池大小的模樣已經(jīng)指日可待，到時候手機里配上一塊核電池，那么你的手機從此就可以不再充電，手機斷電的煩惱也不會存在了。除了手機里可裝配核電池，所有需要移動電源的電器都可以裝配核電池，這些電器不用充電就可以隨意使用5000年，那將是多么方便而愜意的事呀。

心臟手術(shù)不必重復(fù)做了

有些心臟病人需要在體內(nèi)安裝起搏器?？墒前惭b了心臟起搏器的病人總有種擔(dān)心：過幾年后，起搏器的電量耗盡，又得重新手術(shù)，這真是讓人害怕。如果給心臟病人的起搏器配備一塊小型的核電池，那么“電力耗盡”的問題就可以避免了，可謂是一次手術(shù)終生無憂了。核電池的小型化，可以為許多“微型電機”提供足夠的電力，而“微型電機”正是日后進入人體，維持人類生命的“主力軍”，所以核電池注定會給人類生命帶來強大的“保護力”，其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景非常廣闊。

開一輛電動汽車周游世界

目前，電動汽車雖然很“前衛(wèi)”，也很環(huán)保，但是電動汽車多是采用體積大、重量沉的化學(xué)電池，加上這樣的化學(xué)電池壽命短，導(dǎo)致當(dāng)前的電動汽車并沒有得到用戶的青睞，所以很難替代傳統(tǒng)的燃油汽車。如果把核電池裝到電動汽車上，電動汽車就會成為“高性能”汽車—重量輕，電力足，開著以核電池為電源的電動汽車，周游世界都不用充電，那可是一輛“永動汽車”呀。科學(xué)家預(yù)測，不久的未來，核電池必將普遍應(yīng)用于電動汽車，到時每家擁有一輛不太需要維修、不用充電，且高效大功率、低成本的核電池汽車將不是夢想，開著核電池汽車周游世界將是一種新時髦。