新型輻射光電池提供緊湊型長期核能解決方案。

中國研究人員成功研制出一種新型核電池，可承受至少50年輻射，并實(shí)現(xiàn)三倍于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的能量效率。該研究團(tuán)隊(duì)由廈門大學(xué)教授桑海生博士與中國原子能科學(xué)研究院研究員李鑫博士牽頭，致力于提升極端環(huán)境下的電池性能。

科學(xué)家指出，傳統(tǒng)電源系統(tǒng)（如化學(xué)電池、燃料電池和光伏電池）在太空、深海基礎(chǔ)設(shè)施等極端條件下難以保證長期可靠性。"這些電源無法滿足嚴(yán)苛環(huán)境對長期耐用性、免維護(hù)運(yùn)行及持續(xù)自供電能力的嚴(yán)格要求。"其有限能量密度、環(huán)境敏感性及需定期維護(hù)的特性，使其難以滿足多年不間斷無人值守任務(wù)的供電需求。

為攻克這些難題，研究團(tuán)隊(duì)基于波導(dǎo)光聚集（WLC）結(jié)構(gòu)，開發(fā)出鍶-90輻射光電池（RPVC）。這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)將多層堆疊GAGG:Ce（鈰摻雜釓鋁鎵石榴石）閃爍波導(dǎo)與鍶-90放射性同位素相結(jié)合。GAGG:Ce是一種以優(yōu)異光子探測能力著稱的單晶閃爍體，其520納米發(fā)射峰值亮度位居現(xiàn)有材料前列。該裝置將放射能轉(zhuǎn)化為光能，再通過光伏效應(yīng)發(fā)電。

性能測試顯示，單節(jié)RPVC能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)2.96%，顯著超越現(xiàn)有設(shè)計(jì)；單模塊輸出功率達(dá)48.9微瓦，多模塊組合可實(shí)現(xiàn)3.17毫瓦輸出。原型電池同時(shí)表現(xiàn)出2.23毫安短路電流與2.14伏開路電壓特性。研究人員表示："我們實(shí)現(xiàn)了效率與穩(wěn)定性的最佳平衡。"

在模擬50年輻射量的電子束照射實(shí)驗(yàn)中，電池光學(xué)性能僅衰減13.8%。研究團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào)：WLC結(jié)構(gòu)RPVC兼具高功率輸出與卓越長期穩(wěn)定性，能量轉(zhuǎn)換效率較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)提升三倍。該體系通過將閃爍體光線直接聚焦至光伏電池，在零運(yùn)動(dòng)部件和外部供能條件下實(shí)現(xiàn)能量損失最小化。

盡管鍶-90同位素的大規(guī)模量產(chǎn)與成本控制仍是產(chǎn)業(yè)化瓶頸，但研究人員在新聞稿中表示："當(dāng)前研究成果標(biāo)志著核電池應(yīng)用推進(jìn)邁出實(shí)質(zhì)性步伐。"

該成果已發(fā)表于《光：科學(xué)與應(yīng)用》期刊。

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