随着科技的不断进步，对高效、持久且安全的能源解决方案的需求日益增长。传统锂离子电池虽然在过去十多年内推动了电子产品的普及，但其有限的充放电寿命和容量瓶颈正逐渐成为制约未来创新的关键因素。最近韩国大邱庆北科学技术院（DGIST）的一项重要研究成果，为能源领域带来了突破性的进展。这项由苏一教授领导的团队开发出一种基于放射性碳-14和钙钛矿材料的新型核能电池——钙钛矿β伏打电池（Perovskite Betavoltaic Cell，简称PBC），这种电池能为小型设备提供长达数十年甚至数千年的持续电力，可能使传统的充电概念彻底消失。该技术融合了放射性与先进材料科学的优势，有望在医疗、航天、深海探测以及物联网等多个领域掀起能源革命。钙钛矿β伏打电池的核心创新在于其使用了碳-14纳米颗粒与量子点作为电极材料，并将其与经过双重氯基添加剂处理的钙钛矿薄膜结合，这些添加剂包括甲胺氯化物和氯化铯，强化了钙钛矿的晶体结构，提高了电荷传输能力。
这种组合不仅大幅提升了电子迁移率，测试阶段显示其电子迁移率相比旧型号提升了约5.6万倍，还在连续运行九小时内显示出优异的稳定性，展示出极具潜力的长寿命特点。钙钛矿β伏打电池是一种基于β射线发电原理的装置，其通过将放射性衰变过程中释放出的β粒子转化为电能，实现能源的长期供应。团队选择碳-14作为放射性同位素，主要因其衰变过程中只释放β射线，安全性高，且β射线的穿透力有限，无法穿透人类皮肤，且可被铝等材料有效屏蔽。这意味着该电池既安全又具生物相容性，可广泛应用于人体内植入设备如心脏起搏器等。此外，碳-14在核反应堆中为副产品，获得成本低廉且资源回收利用潜力巨大，极大降低了制造成本。研究团队进一步采用了二氧化钛半导体材料和基于钌的染料改性技术以提高能量转换效率。
经过柠檬酸钝化处理后，染料与二氧化钛之间形成了稳定的键合，使得当β粒子撞击染料时，可以激发电子级联效应，产生大量电子并被二氧化钛捕获，实现了高效的电子传输。此设计不仅提升了能量利用率，还优化了整体电子流动，提高了输出电流稳定性。通过在电池的阳极和阴极同时使用碳-14，增加了β粒子的释放量，进一步减少了电子在传输过程中的能量损失，相较于传统电池，转化效率从约0.48%提升到2.86%，实现了近六倍的飞跃。尽管如此，相较于现有锂离子电池，该新型电池的输出功率仍然较低，限制了其在高功率设备上的直接应用。苏一教授指出，通过优化β射线发射体的形状设计和寻找更高效的辐射吸收材料，将进一步提升电池的能量转换效率和功率输出。钙钛矿β伏打电池的出现，为解决极端环境下的能源供应难题提供了新思路。
它不仅适用于常规电子设备，还能被应用在空间探测器、无人机、海底传感器等对供电稳定性和寿命要求极高的领域。例如，传统电池在宇宙真空、高辐射环境下寿命有限，而钙钛矿电池的长寿命和核能特性使其成为理想选择。医用植入式设备如心脏起搏器长期以来受到电池续航时间限制，频繁更换电池不仅增加患者风险，也增加医疗成本。这种采用钙钛矿β伏打技术的核电池有望为植入设备带来数十年无需更换的持续动力来源，大幅提升生活质量。除了应用优势外，该技术也推动了能源环保理念。通过利用碳-14等核废料副产品，减轻了放射性废物对环境的压力，实现资源的循环利用。
其电池设计的安全性亦保证了公众对核能的顾虑，构筑了未来绿色、低污染的能源供应体系。此次研究代表了钙钛矿材料首次成功嵌入β伏打电池的突破，实现了全球范围内钙钛矿β伏打电池的实用化示范。研究团队计划加速该技术的商业化进程，推动下一代极端环境供电方案的落地，致力于进一步小型化设计以及技术转让，期望打造更广泛适用的产品。参与研发的博士生李俊浩表示，虽然研究过程中遇到诸多难题，但团队始终抱持强烈使命感，致力于国家能源安全与科技自主创新。钙钛矿β伏打电池是科技与材料科学跨界融合的典范，彰显了未来能源技术革新的巨大潜力。展望未来，在不断优化转换效率与功率输出的基础上，此类核能电池或将成为智能设备、医疗器械、航天无人机等高价值装备的主力能源，彻底颠覆“频繁充电”的传统观念，实现真正的长效供电和极端环境能源保障。
随着技术成熟和生产成本降低，钙钛矿β伏打电池有望广泛应用，推动能源与电子产业迈入崭新时代。
