一种30多年无需充电的电池：美国希望利用一种没人愿意靠近的材料来实现这一目标

2026年9月27日 12:30

更新时间：

2026年9月27日 12:30

对于航空航天工业以及部署在偏远地区的监控系统而言，多年来不更换电池就能让某些设备持续运行依然是一项挑战。太阳能板并不总是可行的选择，而化学电池的容量也有限，尤其是对于那些需要不间断工作的设备。为了解决这个问题，美国正在研究一种技术，能够利用通常需要控制储存的材料来持续发电数十年。

该计划获得了美国国防部下属研究机构DARPA提供的337万美元资助，由摩根州立大学负责牵头。该项目以SYMPHONEE为名称，旨在开发一种核电池，利用锶-90的辐射为电子设备提供长期动力。其最显著的特点是无需充电即可持续发电，不过在开发过程中仍需克服诸多技术及安全方面的挑战。

锶-90使得无需外部能源即可发电。

这家美国企业联盟正在研究的这项技术被称为贝塔伏特技术，它利用半导体将某些放射性辐射的能量转化为电能。当β粒子穿过这些材料时，会传递部分能量并产生电荷，这些电荷可通过电路被利用。其工作原理与光伏电池类似，不同之处在于它不需要阳光照射，因为能量源自放射性材料自身的衰变。

对于这一应用而言，锶-90具有特别重要的意义，因为它的半衰期约为29年，即在这段时间内其放射性强度会减少一半。此外，它还会转化为钇-90，进而产生另一种放射性元素，该元素在转变为稳定的锆之前也会释放出β粒子。这样的衰变链能够提供持久的能量来源，不过发电量会随着时间逐渐下降，无法保证在整个设备使用寿命内都保持恒定的功率。

这项技术的可能应用领域主要集中在那些需要低功率但能长时间持续供电的设备上。其中包括安装在偏远地区的科学仪器、监控传感器、某些水下系统以及用于太空任务的设备。然而，提升可用电力仍是贝塔伏特电池的主要限制之一，其在商业应用中的功率通常仅为纳瓦或微瓦级别。

美国希望提升这类电池的功率，但目前仍存在诸多障碍。

DARPA的“Rads to Watts”计划将实现每千克超过10瓦特的功率密度作为目标之一，这一标准有助于拓展这类装置的应用范围。此前的研究已经证明，通过结合放射性材料与半导体确实可以提高电能产出。事实上，《科学报告》上发表的一项研究提出了一种由35个模块构成的1瓦特电池，这些模块中45微米厚的锶-90层与硅二极管交替排列，以此利用所释放粒子的能量。

该研究的实验显示转化效率在16%到19%之间，不过试验中使用的是电子加速器来模拟放射性排放。因此，这些结果并不能证明已经存在能够保持数十年高效率的锶-90电池。

安全性也会影响这项技术的任何商业或军事应用，因为锶-90一旦进入人体会对健康造成危害，且由于其化学性质与钙相似，还可能在骨骼中积累。要从核废料中提取锶-90，需要经过分离和提纯工序，同时还要有适当的封装和保护系统，以避免材料被暴露或意外释放。