近日，北京貝塔伏特新能科技有限公司宣布成功研制出全新的“微型原子能（核能）電池”，該電池結(jié)合了鎳63核同位素衰變技術(shù)和中國(guó)*個(gè)金剛石半導(dǎo)體模塊，具備了穩(wěn)定的自發(fā)電能力。這一突破性的科技創(chuàng)新有望徹底改變電池領(lǐng)域的格局。這款微型原子能電池采用了鎳63核同位素衰變技術(shù)，這是一種利用核能進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的方法。通過核衰變反應(yīng)，鎳63核同位素會(huì)釋放出大量的能量，而這種衰變過程非常穩(wěn)定，可以持續(xù)數(shù)十年甚至更長(zhǎng)時(shí)間。同時(shí)，貝塔伏特還采用了中國(guó)*個(gè)金剛石半導(dǎo)體模塊，這是第4代半導(dǎo)體技術(shù)的最新成果。金剛石半導(dǎo)體具有*的散熱性能和高耐壓能力，可以有效地保障電池的工作穩(wěn)定性。
貝塔伏特表示，這標(biāo)志著中國(guó)同時(shí)在原子能電池和第四代金剛石半導(dǎo)體兩個(gè)高新技術(shù)領(lǐng)域取得顛覆性創(chuàng)新，“遙遙*”歐美科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)。
△從該微型原子能電池的尺寸來看，比5角錢的硬幣還要小，這似乎也意味著全新的無需充電的智能手機(jī)有望誕生，將為智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備的進(jìn)一步創(chuàng)新帶來新的契機(jī)。
1月13日晚間，芯智訊也*聯(lián)系到了貝塔伏特公司董事長(zhǎng)兼CEO張偉，針對(duì)該微型原子能電池進(jìn)行了*揭秘。
可實(shí)現(xiàn)50年續(xù)航，*民用微型原子能電池即將量產(chǎn)上市
據(jù)介紹，原子能電池又稱核電池或放射性同位素電池，其工作原理是利用核同位素衰變釋放的能量，通過半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換器吸收轉(zhuǎn)化為電能。這是上世紀(jì)60年代美蘇重點(diǎn)研究的高科技領(lǐng)域，目前僅有用于航空航天的溫差核電池。但是，這種電池存在著體積和重量大，內(nèi)部高溫，價(jià)格昂貴，無法民用的問題。近年來，原子能電池小型化、模塊化和民用化，已經(jīng)成為了歐美各國(guó)努力的目標(biāo)與方向。中國(guó)在《十四五規(guī)劃和2035年愿景目標(biāo)》當(dāng)中也提出了核技術(shù)民用化以及核同位素的多用途發(fā)展是未來發(fā)展趨勢(shì)。
貝塔伏特的微型原子能電池研發(fā)采用了全新的技術(shù)路徑，通過放射源鎳-63發(fā)射的β粒子（電子）的半導(dǎo)體躍遷產(chǎn)生電流。為了做到這一點(diǎn)，貝塔伏特的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種獨(dú)特的單晶金剛石半導(dǎo)體，厚度僅為10微米，把一個(gè)2微米厚的鎳-63薄片放在兩個(gè)金剛石半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換器之間，將放射源的衰變能量轉(zhuǎn)化為電流，形成一個(gè)獨(dú)立的單元。另外，該核電池是支持模塊化，可以由幾十個(gè)或幾百個(gè)獨(dú)立的單元模塊組成，并可以串/并聯(lián)使用，因此可以制造不同尺寸和容量功率的電池產(chǎn)品。
貝塔伏特公司董事長(zhǎng)兼CEO張偉表示，公司將推出的*款產(chǎn)品是BV100，是*上首塊即將量產(chǎn)的核電池，功率是100微瓦，電壓3V，體積是15×15×5立方毫米，比一枚硬幣還小。核電池每分每秒都在發(fā)電，每天8.64焦耳，每年3153焦耳。多塊這樣的電池可以串/并聯(lián)使用，能夠提供更高的功率。
目前這款產(chǎn)品可以滿足航空航天、AI設(shè)備、醫(yī)療器械、MEMS系統(tǒng)、*傳感器、小型無人機(jī)和微型機(jī)器人等長(zhǎng)續(xù)航多場(chǎng)景下的電力供應(yīng)。
張偉告訴芯智訊：“*產(chǎn)品將會(huì)在一年內(nèi)上市”。
此外，貝塔伏特公司還計(jì)劃2025年推出功率為1瓦的電池。張偉表示，在政策允許的情況下，原子能電池可以讓一部手機(jī)永不充電，讓現(xiàn)在只能飛行15分鐘的無人機(jī)可一直飛。
資料顯示，北京貝塔伏特新能科技有限公司成立于2021年4月，注冊(cè)資本10億元，法人代表穆索夫·扎烏爾（MUSOV ZAUR），北京闿明控股，三位俄方股東持股超9成。公司致力于成為集研發(fā)、生產(chǎn)、服務(wù)、銷售、進(jìn)出口貿(mào)易于一體的高科技企業(yè)，主營(yíng)產(chǎn)品有原子能電池、第四代金剛石半導(dǎo)體和材料、超長(zhǎng)碳納米管以及超級(jí)電容器等。
五大優(yōu)勢(shì)突出，比鋰電池更安全
據(jù)貝塔伏特介紹稱，其研發(fā)的微型原子能電池?fù)碛形宕髢?yōu)勢(shì)：
1、高能量密度：能量密度是三元鋰電池的10倍以上，在1克電池中可存儲(chǔ)3300豪瓦時(shí)的電能；
2、高使用壽命：能夠?qū)崿F(xiàn)50年自發(fā)電，不存在電化學(xué)電池的循環(huán)次數(shù)（2000次充放電）的概念。
3、高穩(wěn)定性：原子能電池的發(fā)電功率穩(wěn)定，不會(huì)因惡劣環(huán)境和負(fù)載而變化，可在零上120度和零下-60度范圍內(nèi)正常工作，并且沒有自放電；
4、高安全性：針對(duì)針刺和槍擊不起火，不爆炸，沒有外部輻射。可以適合用于人體內(nèi)的心臟起搏器、人工心臟和耳蝸等醫(yī)療設(shè)備；
5、環(huán)境友好：“鎳-63”的半衰期為36963.51±54.79天（101年），在衰變期后，作為放射源的鎳63同位素變成銅的穩(wěn)定同位素，不具有放射性，對(duì)環(huán)境不構(gòu)成任何威脅或污染。因此，與現(xiàn)有的化學(xué)電池不同，該核電池不需要昂貴的回收工藝，消除了電池使用壽命到期后的廢料處理問題，非常的環(huán)保。
其中，對(duì)于大家最為關(guān)心的原子能電池安全性問題，張偉告訴芯智訊，貝塔伏特的原子能電池選擇的放射源“鎳-63”是最安全和理想的材料，具有柔和的β輻射（最大67 keV），沒有其他同位素伴隨發(fā)生的中子或伽馬射線。“鎳-63”的穿透力也很弱，一張紙就能阻擋射線。所以沒有大家擔(dān)心的“核泄露和污染”帶來的相關(guān)問題。
同時(shí)，貝塔伏特獨(dú)創(chuàng)的金剛石半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換器和3D組件的設(shè)計(jì)，對(duì)于“鎳-63”同位素輻射電子的收集系數(shù)高達(dá)98%，并且制造工藝和密封的外殼也進(jìn)一步提升了安全性。外部檢測(cè)根本沒有輻射。
張偉進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，相比鋰電池，貝塔伏特的微型原子能電池要安全多了！即便是針刺和槍擊也不會(huì)起火、爆炸，不會(huì)有外部輻射。
對(duì)于目前國(guó)內(nèi)外是否有類似的產(chǎn)品，貝塔伏特的微型原子能電池在技術(shù)有多大的*性的問題，張偉對(duì)芯智訊表示：“目前*上沒有類似的產(chǎn)品，我們*其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手5-8年。”
那么，為什么貝塔伏特的微型原子能電池能夠具有這么強(qiáng)的*性呢？
“核心難點(diǎn)就在于金剛石功率半導(dǎo)體，我們公司就是先從金剛石功率半導(dǎo)體做起的。公司的核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)匯聚了15名知名院校畢業(yè)的博士。”張偉向芯智訊解釋道。
資料顯示，相對(duì)于硅材料、氮化鎵、碳化硅等，金剛石半導(dǎo)體材料的禁帶寬度更是高達(dá)5.45 eV，最大優(yōu)勢(shì)在于更高的載流子遷移率(空穴:3800 cm2V-1s-1，電子:4500 cm 2V-1s-1) 、更高的擊穿電場(chǎng)(＞10 MVcm-1 )、更大的熱導(dǎo)率( 22 WK-1cm-1)，其本征材料優(yōu)勢(shì)是具有自然界最高的熱導(dǎo)率以及最高的體材料遷移率，可以滿足未來大功率、強(qiáng)電場(chǎng)和抗輻射等方面的需求，是制作功率半導(dǎo)體器件的理想材料。不過，金剛石材料的高成本和小尺寸是制約金剛石功率電子學(xué)發(fā)展的主要障礙。
值得注意的是，2022年8月，美國(guó)商務(wù)部工業(yè)和安全局（BIS）還將以金剛石和氧化鎵為代表的超寬禁帶半導(dǎo)體材料技術(shù)列入了出口管制。
據(jù)了解，貝塔伏特目前已經(jīng)解決了金剛石功率半導(dǎo)體面臨的一系列問題，成功合成了基于單晶金剛石的高壓、高溫、高速、抗輻射肖特基二極管，厚度僅為10微米。而這也正是貝塔伏特的微型原子能電池將放射源的衰變能量轉(zhuǎn)化為電流的關(guān)鍵。
張偉在官方新聞稿中也指出，“貝塔伏特原子能電池的核心是第四代金剛石半導(dǎo)體，這是業(yè)界熟知的半導(dǎo)體*材料，全球半導(dǎo)體領(lǐng)域科技競(jìng)賽的又一個(gè)高地。貝塔伏特是全球目前*一個(gè)能夠摻雜制作大尺寸金剛石半導(dǎo)體材料的公司，高效率金剛石轉(zhuǎn)換器是制造核電池的關(guān)鍵。貝塔伏特既是一家新能源公司，也是一家第四代半導(dǎo)體和超長(zhǎng)碳納米管新材料公司。核電池、金剛石半導(dǎo)體和超級(jí)電容器，三大技術(shù)和材料鏈接與融合，形成了貝塔伏特的核心技術(shù)和創(chuàng)新能力。”
據(jù)介紹，目前貝塔伏特公司已經(jīng)在北京注冊(cè)了與該“微型原子能電池”相關(guān)的專利，并將開始注冊(cè)全球PCT專利。在中國(guó)中核集團(tuán)舉辦的2023年創(chuàng)新大賽上，貝塔伏特作為極少數(shù)外部參賽企業(yè)，在幾百家企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)中脫穎而出，獲大賽三等獎(jiǎng)，代表中國(guó)權(quán)威的核技術(shù)企業(yè)對(duì)貝塔伏特公司的原子能電池技術(shù)與產(chǎn)品的認(rèn)可。
可穿戴及智能手機(jī)創(chuàng)新迎來新契機(jī)
眾所周知，目前智能手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備及可穿戴設(shè)備的創(chuàng)新已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)瓶頸期，其中一個(gè)關(guān)鍵的限制就是電池續(xù)航能力，因?yàn)榇祟愒O(shè)備的很多的功能設(shè)計(jì)和性能設(shè)計(jì)都需要向電池續(xù)航妥協(xié)。
比如決定手機(jī)/可穿戴設(shè)備性能的移動(dòng)處理器，首先就需要考慮功耗問題，這也制約了芯片性能的進(jìn)一步提升，為此芯片廠商不得不采用更為先進(jìn)且昂貴的半導(dǎo)體工藝制程在提升性能的同時(shí)控制功耗，這也使得處理器成為了不斷推升各類設(shè)備成本的關(guān)鍵因素。可以說，這些性能、續(xù)航、成本上的制約，嚴(yán)重阻礙了智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備的進(jìn)一步創(chuàng)新。但是，如果這類設(shè)備能夠采用這種型原子能電池，那么很多問題就有望迎刃而解，并且將為這些設(shè)備的創(chuàng)新帶來全新的契機(jī)。
目前貝塔伏特推出的*微型原子能電池BV100功率只有100微瓦，只能滿足一些極低功耗設(shè)備的運(yùn)行。因此主要面向心臟起搏器、人工耳蝸、助聽器、侵入式腦機(jī)接口等方面的應(yīng)用。
但是，據(jù)張偉介紹，貝塔伏特明年將會(huì)推出功率1瓦的原子能電池，這樣的功率已經(jīng)是可以為很多可穿戴設(shè)備，比如TWS耳機(jī)、智能手環(huán)/手表，甚至是智能手機(jī)供電了。
根據(jù)中關(guān)村在線數(shù)年前對(duì)于20款智能手機(jī)一項(xiàng)續(xù)航測(cè)試顯示，這些測(cè)試手機(jī)在100%電量的條件下插入SIM卡并接入4G LTE網(wǎng)絡(luò)，開啟WiFi網(wǎng)絡(luò)，關(guān)閉藍(lán)牙、GPS、勿擾模式、鬧鐘等功能，保留微信、電話、相機(jī)、皇室戰(zhàn)爭(zhēng)、微博共5個(gè)APP駐留后臺(tái)并保持熄屏狀態(tài)下，其平均的待機(jī)功耗為59.15毫瓦。
當(dāng)然，現(xiàn)在智能手機(jī)在高負(fù)載狀態(tài)下，功耗大概要到10瓦左右，僅靠功率微1瓦的微型原子能電池供電是不夠的。但是，只要該原子能電池的尺寸及手機(jī)的內(nèi)部的電池空間允許，完全是能夠設(shè)計(jì)成兩塊電池供電。一塊原子能電池作為待機(jī)供電，另一塊常規(guī)電池作為高負(fù)載應(yīng)用供電，同時(shí)待機(jī)狀態(tài)下原子能電池則能夠?yàn)槌Ｒ?guī)電池進(jìn)行充電，這樣就能夠讓智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)無需充電的*續(xù)航（至少是在智能手機(jī)的整個(gè)生命周期內(nèi)）。
另外，現(xiàn)在消費(fèi)者對(duì)于一款智能手機(jī)使用壽命一般也就是兩三年，雖然近兩年隨著智能手機(jī)創(chuàng)新放緩，用戶的換機(jī)周期有所拉長(zhǎng)，對(duì)于一部智能手機(jī)的使用大概也就是在四五年左右的時(shí)間。所以，需要的是功率更高，但續(xù)航只需要數(shù)年的原子能電池即可。
值得一提的是，貝塔伏特公司還表示，其已經(jīng)與中國(guó)專業(yè)核研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)進(jìn)行溝通，計(jì)劃繼續(xù)研究采用鍶90、钷147和氘等同位素，研制更高功率、使用壽命2年-30年原子能電池。或許未來數(shù)年內(nèi)，我們就能夠看到可以獨(dú)立應(yīng)用于智能手機(jī)的原子能電池了。
張偉也明確的對(duì)芯智訊表示：“我們能做手機(jī)用的微型原子能電池，但是這么大功率的需要輻射安全許可證，所以民用會(huì)先從很小功率的開始，其他大功率的主要是面向非民用市場(chǎng)。”
對(duì)于成本方面，據(jù)張偉向芯智訊透露，面向不同的應(yīng)用場(chǎng)景，貝塔伏特的原子能電池未來會(huì)有幾百元、幾千元、幾萬元的不同價(jià)位的型號(hào)可以選擇。
編輯：芯智訊-浪客劍
