苏州大学研制出效率最高的辐光伏核电池

近日，从苏州大学获悉，该校王殳凹教授、王亚星教授团队联合国内相关院校，提出了一种基于“内置能量转换器”的锕系微型核电池结构设计理念，通过将锕系元素与发光镧系元素的分子层级耦合，实现了放射性核素衰变能到光能转换效率近8000倍的提升，并组装了目前已知效率最高的辐光伏核电池。相关研究成果发表在最新一期的《自然》杂志上。

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新型锕系微型核电池的结构设计理念示意图

微型核电池是将放射性同位素衰变能转换为电能的装置，得益于放射性同位素衰变不受外界环境影响的特性，微型核电池在诸多传统电池难以胜任或面临挑战的应用场景中，成为了一种持久且不可或缺的能源解决方案。

锕系核素是核废料中长期放射毒性的主要“元凶”，它具有超长的半衰期和高达兆电子伏特的α衰变能，而从硬币的另一面来看，这也为开发锕系微型能源带来可能。

但是，在传统的微型核电池构型中，严重的自吸收效应阻碍了锕系α衰变能的转换，使得高效锕系放射性同位素微核电池的开发极具挑战。

针对这一难题，由王殳凹教授领衔的苏州大学放射化学研究团队在其锕系元素固体化学、分离化学、环境化学以及防护化学领域系列研究进展的基础上，提出了一种基于“内置能量转换器”的锕系微型核电池架构。

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能量转换过程的实验和理论研究

研究团队通过实验测定和理论模拟两个角度进一步验证了内置能量转换器可以显著提高能量转换效率。实验结果表明，放射性核素内置模式下从衰变能到光能的能量转化效率比传统结构提高近8000倍。

此外，内置能量转化器还表现出卓越的结构稳定性和发光稳定性，将其与光伏电池相结合，能够将长期稳定的自发光转化为电能输出。据此，研究团队开发了一种全新的锕系微型辐光伏核电池，其总能量转换效率和单位活度功率打破科学纪录。同时，该微型核电池在持续运行200小时内，性能参数几乎没有衰减。该成果作为近几十年来核电池领域的重要突破之一，为锕系核素在非核燃料循环领域的资源化利用打开了新的方向。

相关链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07933-9