韩国大邱庆北科学技术院(DGIST)申秀日教授团队近日在能源领域取得革命性突破,其研发的新型钙钛矿贝塔伏特电池(PBC)有望为微型电子设备带来颠覆性的供电解决方案。这项技术利用放射性碳14(¹⁴C)与钙钛矿材料的创新组合,可实现无需充电的持续供电数十年之久。
研究团队开创性地将碳14纳米颗粒与量子点(14CNP/CQD)作为电极材料,通过甲基氯化铵(MACl)和氯化铯(CsCl)双重添加剂显著强化钙钛矿薄膜结构。这一设计使电子迁移率提升至惊人的56,000倍,在测试中实现了持续9小时的最大功率输出。
"这是全球首个成功整合钙钛矿材料的贝塔伏特电池,"研究团队强调。该技术利用碳14衰变释放的低能β射线发电,其辐射强度极低,不仅无法穿透人体皮肤,甚至可用普通铝箔完全屏蔽,具有极高的生物安全性。申教授特别指出:"选择碳14正是看中其仅释放β射线的特性。"这种核反应堆副产物不仅成本低廉,其长达5730年的半衰期更可实现"千年级"持续供电。
为突破能量转换效率瓶颈,研究人员在二氧化钛半导体表面引入钌基染料,并通过柠檬酸处理增强结合力。当β射线激发染料分子时,会触发雪崩式电子反应,经电路收集形成可用电流。革命性的"双极碳14"设计(正负极均含放射源)将能量转换效率从传统型号的0.48%大幅提升至2.86%。
虽然当前输出功率仍不及锂离子电池,但申教授表示:"通过优化放射源形态和吸收材料,效能还有巨大提升空间。"团队正加速推进该技术的商业化进程,目标应用包括心脏起搏器、深空探测器和军用无人机等特殊场景设备。"我们可以将安全的核能封装在指尖大小的装置中,"申教授如此描述其应用前景。
参与研究的李俊浩博士坦言:"尽管每天面临看似不可能的技术挑战,但想到这项研究关乎国家能源安全,我们就充满使命感。"这项突破性成果标志着人类在微型长效能源领域迈出关键一步,或将开启"永不充电"的物联网新时代。