热电电池 电池加热系统

随着电动车的发展越来越好,人们期待着电车的电池能变得更大更耐用,很多人期待着“核电池”也能尽早用在电动车上。

热电电池 电池加热系统插图

其实已经有公司在研究核电池电动汽车了其实已经有公司在研究核电池电动车了。

值得一提的是,在对核电池的研究增多之后,相关的“预测”文章也随之增多。

“核电池”真的要来了吗?很多媒体都说90年不用收费。是事实还是噱头?

“清洁无害”的核电池

你还记得你第一次听说核电池是什么时候,它被用在什么地方吗?

我相信大多数人最先听到的与核电池相关的新闻,都与航天领域有关。比如上个世纪,美国在旅行者1号和旅行者2号探测器上安装了核电池。正是由于核电池的超强待机能力,使得它们在飞入星际空间后仍能与地球保持一段时间的联系空。

核电池又叫原子电池,有时也叫同位素热电发电机。

这种电池的起源其实比较早。早在上世纪初,英国物理学家莫斯利就提出了核电池的概念。

到上世纪中叶,对核电池的研究越来越受到重视。例如,1956年,美国制定了核辅助动力计划系统,简称核电辅助计划。目标是使用核电池为军事卫星和许多航空航天设备提供动力。

现在市面上的核电池种类很多,有热离子型、热光电型、热离子型、直接能量转换型等等。但不管是哪一种,基本上都属于放射性同位素热电电池,简称“RTG”。

很多人认为这种核电池应该是利用放射性元素的裂变来发电,就像核电站一样。但实际上这种电池主要是利用塞贝克效应,将放射性同位素衰变产生的热量转化为电能。

正因为如此,核电池不会像核电站一样产生大量核废料,被视为无害的“清洁能源”。

一般来说,与干电池、化学电池、燃料电池等相比。,核电池的寿命明显更长,环境适应性也是数一数二的,一般不需要维护。

以美国火星探测器“坚韧”号为例,其机体装载有核电池,重约45公斤,使用寿命约14年。

这种电池可以适应火星表面寒冷多尘的环境,保证坚忍号能够正常工作,这是其他电池做不到的。

既然这么多电池已经用在航天器上,是否意味着核电池即将进入我们的日常生活?

未来真的能告别收费吗?

真的可以“告别充电”了吗?

近年来,随着核电池的优良特性被人们所熟知,总有一些媒体为核电池渲染气氛,这意味着核电池即将进入民用领域,各种有轨电车都将配备它。

相关的宣传语言集中在核电池的使用寿命上,例如指出其使用寿命可达90年,安装后无需充电。

这两个优点无疑让大多数人非常兴奋。毕竟当电车不再需要充电,不需要频繁更换电池的时候,它的优势就非常明显了。在这种情况下,传统燃油车的销量势必会大幅下降。

问题是,真的有宣传的那么好吗?

其实核电池确实有两个优点:寿命长,不用充电,就像毅力号火星车上的电池一样。但仍有一些不容忽视的问题,阻碍了它在短时间内进入民用领域,更不用说安装在汽车上了。

而且从目前的研究进展来看,能够不充电使用90年是宣传噱头。

那么,核电池的普及面临着怎样的问题呢?

首先是核电池的转换效率低。

对于上面提到的RTG核电池,这些电池中的大多数仅具有大约6%的转换效率。比如前面提到的45 kg核电池,功率只有110W W,这就意味着,如果你想让它产生更多的电,寿命更长,就必须增加它的质量,而过大的质量对于各种设备来说无疑是一种负担。

正因为如此,在转换效率没有显著提高之前,核电池很难广泛应用于民用领域。

其次,核电池的成本非常高。要知道,放射性元素的价格从来就不低。现在,如果我们想用它们来制造电池,那么电池必须是有价值的。

以火星车上搭载的核电池“毅力”为例。45公斤的电池含有约4.8公斤的氧化钚,但这并不妨碍其成本达到数千万美元。

这样一来,在汽车上安装核电池要比支付燃料费用贵得多,所以目前这种电池在这一领域并没有太大的竞争优势,厂商也不会选择。

最后就是核电池的安全性问题。

核电池虽然不是利用核裂变反应发电,但其原料毕竟是放射性元素。众所周知,放射性元素对人体的危害是相当大的。

很多人去医院做核磁共振都会担心自己的健康受到核辐射的影响,更不用说每天和车里的“核电池”呆那么久了。

在这种情况下,密封保护材料是另一个难题。如果我们想安全地使用核电池,我们必须确保它能够承受外部环境的变化。

比如装有核电池的车辆意外起火,核电池的密封材料不够好,里面的放射性同位素最终泄漏出来,那么造成的不利影响显然会非常大。

另外,需要注意的是,大多数核电池只能在低功率下工作,人们日常使用的大部分设备都是依靠高功率才能成功运行的。所以从某种角度来说,即使核电池真的已经进入了每个人的生活,它的使用寿命也不会像某些媒体吹嘘的那么长,要看使用的频率和放电的量。

一般来说,核电池本质上也是“一次性”的。当其中的放射性同位素全部衰变后,它就没有使用功能了。

那么,除了用在航天器上,今天核电池还会用在哪些事情上呢?

如今,核电池的第一个应用是在军事上,主要用作水下监视器或科学仪器的电源。

比如很多海洋声纳使用的是核电池,对水下环境的超强适应性和长寿性使其能够坚守岗位十年。

二是用在医疗领域。

早在20世纪70年代,人们就开始使用带核电池的起搏器。它的寿命使得这种起搏器的更换频率较低,患者不必经常遭受手术之苦。

资料显示,美国使用金属热电偶电池的起搏器使用金属238Pu作为燃料,输出功率230μW,尺寸为φ1.7cm×4.5cm。

第三是核电池也出现在了一些微电机上,比如汽车安全气囊的触发传感器。

那么,你对未来核电池的用途有什么期待呢?

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