核電池示意圖

近年來，光伏發電的成本持續下降，新一代電池在效率極限方面面臨極大的壓力。因此，在我們能夠以可持續的方式產生和使用電力之前，能源儲存似乎是我們所面臨的重大技術挑戰。如今，由美國陸軍研究實驗室的科學家們領導的一項新研究有望為新型同位素電池鋪平道路。

尤其對于軍隊來說，電池的能量密度一直是一個大問題。更高的能量密度可以延長關鍵設備的運行時間，但給電池充電卻不總是那么容易。士兵們似乎更有可能使用過多的高科技設備?；瘜W電池是一項相對成熟的技術，然而隨著對越來越多材料的探索，電池的功率密度方面不太可能得到實質性的改善。

“因此，我們有充足的理由來擴大陸軍的動力來源。例如，這將推動軍隊用改性化學電池的研究，以減輕士兵們的負擔；同時，確定獲得同位素儲存能量可行性的研究也正在進行中，其密度是化學品可提供密度的10萬倍?？梢哉f，我們正試圖超越一種全新電池的‘化學極限’。”美國陸軍研究實驗室功率器件部門負責人James Carroll博士說道。

研究人員正在研究的同位素效應已經被提出了一段時間，但該論文（ 發表在2月8日的《自然》雜志上）首次報導了能量儲存和釋放機制。該方法就是采用非裂變放射性同位素；在該研究中，就使用了鉬的放射性同位素。這些同位素的原子核可以被激發到“亞穩態”狀態，能持續大約七個小時。在此過程中，原子核便能夠儲存能量。

原子核能以特定的方式去激發。首先，原子被電離，在一個電子軌道上留下空穴。如果空穴中充滿了相等的能量，那么這些能量中的一部分就會轉移到原子核上，從而導致原子脫離亞穩態，釋放能量。人們或許可以想象許多初始化的鉬核，它們可以讓電子通過材料，同時被激發，來釋放儲存的能量。這樣做的主要優點是儲存的能量密度數量級更高——畢竟，本質上是一個核過程 。

對電子捕獲導致原子核被激發的物理效應研究已有40多年的歷史，但軍隊希望尋找新的基本儲存和釋放能量的方法來促進這項研究。來自俄羅斯核研究聯合研究所的核科學家們同來自歐洲和澳大利亞的大學展開了合作，共同進行這項研究，實際的演示實驗早于2015年12月就在阿貢國家實驗室的ATLAS工廠展開。

自1913年以來，核電池的概念一直存在，當時Henry Mosely展示了第一臺beta電流裝置——一種僅使用放射性物質的自然衰變來產生電流的電池。與化學電池相比，核電池的高昂成本限制了它們的使用，但它們可以提供持久且高能量密度的電力，這一優勢已經被用于特定的醫療、軍事和太空領域中。這不禁讓人想起太陽能電池板最初是如何被應用的——在價格下降到足以廣泛使用之前，首先應用于特定領域。

現在這種效應的第一次實驗演示已經成功，它們可以用來測試和驗證已經存在的理論模型，而這反過來又會促進更優模型的創建。美國陸軍研究實驗室致力于生產在該領域十分有用的技術——但即使這種特殊類型的核電池已被證明是不切實際的，基礎物理學研究仍然對核物理學有價值。在第一次關于輻射的爭論之后的一個多世紀里，我們仍然在解開原子的秘密，并試圖確定我們是否可以利用它們來獲得更多的優勢。

原文來自azom