近日，北京貝塔伏特新能科技有限公司宣布成功研制出全新的“微型原子能（核能）電池”，該電池結(jié)合了鎳63核同位素衰變技術(shù)和中國[敏感詞]個金剛石半導體模塊，具備了穩(wěn)定的自發(fā)電能力。這一突破性的科技創(chuàng)新有望徹底改變電池領(lǐng)域的格局。這款微型原子能電池采用了鎳63核同位素衰變技術(shù)，這是一種利用核能進行能量轉(zhuǎn)換的方法。通過核衰變反應，鎳63核同位素會釋放出大量的能量，而這種衰變過程非常穩(wěn)定，可以持續(xù)數(shù)十年甚至更長時間。同時，貝塔伏特還采用了中國[敏感詞]個金剛石半導體模塊，這是第4代半導體技術(shù)的[敏感詞]成果。金剛石半導體具有出色的散熱性能和高耐壓能力，可以有效地保障電池的工作穩(wěn)定性。

貝塔伏特表示，這標志著中國同時在原子能電池和第四代金剛石半導體兩個高新技術(shù)領(lǐng)域取得顛覆性創(chuàng)新，“[敏感詞]”歐美科研機構(gòu)和企業(yè)。

△從該微型原子能電池的尺寸來看，比5角錢的硬幣還要小，這似乎也意味著全新的無需充電的智能手機有望誕生，將為智能手機、可穿戴設備的進一步創(chuàng)新帶來新的契機。

1月13日晚間，芯智訊也[敏感詞]聯(lián)系到了貝塔伏特公司董事長兼CEO張偉，針對該微型原子能電池進行了[敏感詞]揭秘。

可實現(xiàn)50年續(xù)航，[敏感詞]民用微型原子能電池即將量產(chǎn)上市

據(jù)介紹，原子能電池又稱核電池或放射性同位素電池，其工作原理是利用核同位素衰變釋放的能量，通過半導體轉(zhuǎn)換器吸收轉(zhuǎn)化為電能。這是上世紀60年代美蘇重點研究的高科技領(lǐng)域，目前僅有用于航空航天的溫差核電池。但是，這種電池存在著體積和重量大，內(nèi)部高溫，價格昂貴，無法民用的問題。近年來，原子能電池小型化、模塊化和民用化，已經(jīng)成為了歐美各國努力的目標與方向。中國在《十四五規(guī)劃和2035年愿景目標》當中也提出了核技術(shù)民用化以及核同位素的多用途發(fā)展是未來發(fā)展趨勢。

貝塔伏特的微型原子能電池研發(fā)采用了全新的技術(shù)路徑，通過放射源鎳-63發(fā)射的β粒子（電子）的半導體躍遷產(chǎn)生電流。為了做到這一點，貝塔伏特的科學家團隊開發(fā)了一種獨特的單晶金剛石半導體，厚度僅為10微米，把一個2微米厚的鎳-63薄片放在兩個金剛石半導體轉(zhuǎn)換器之間，將放射源的衰變能量轉(zhuǎn)化為電流，形成一個獨立的單元。另外，該核電池是支持模塊化，可以由幾十個或幾百個獨立的單元模塊組成，并可以串/并聯(lián)使用，因此可以制造不同尺寸和容量功率的電池產(chǎn)品。

貝塔伏特公司董事長兼CEO張偉表示，公司將推出的[敏感詞]款產(chǎn)品是BV100，是世界上首塊即將量產(chǎn)的核電池，功率是100微瓦，電壓3V，體積是15×15×5立方毫米，比一枚硬幣還小。核電池每分每秒都在發(fā)電，每天8.64焦耳，每年3153焦耳。多塊這樣的電池可以串/并聯(lián)使用，能夠提供更高的功率。

目前這款產(chǎn)品可以滿足航空航天、AI設備、醫(yī)療器械、MEMS系統(tǒng)、高級傳感器、小型無人機和微型機器人等長續(xù)航多場景下的電力供應。

張偉告訴芯智訊：“[敏感詞]產(chǎn)品將會在一年內(nèi)上市”。

此外，貝塔伏特公司還計劃2025年推出功率為1瓦的電池。張偉表示，在政策允許的情況下，原子能電池可以讓一部手機永不充電，讓現(xiàn)在只能飛行15分鐘的無人機可一直飛。

資料顯示，北京貝塔伏特新能科技有限公司成立于2021年4月，注冊資本10億元，法人代表穆索夫·扎烏爾（MUSOV ZAUR），北京闿明控股，三位俄方股東持股超9成。公司致力于成為集研發(fā)、生產(chǎn)、服務、銷售、進出口貿(mào)易于一體的高科技企業(yè)，主營產(chǎn)品有原子能電池、第四代金剛石半導體和材料、超長碳納米管以及超級電容器等。

五大優(yōu)勢突出，比鋰電池更安全

據(jù)貝塔伏特介紹稱，其研發(fā)的微型原子能電池擁有五大優(yōu)勢：

1、高能量密度：能量密度是三元鋰電池的10倍以上，在1克電池中可存儲3300豪瓦時的電能；

2、高使用壽命：能夠?qū)崿F(xiàn)50年自發(fā)電，不存在電化學電池的循環(huán)次數(shù)（2000次充放電）的概念。

3、高穩(wěn)定性：原子能電池的發(fā)電功率穩(wěn)定，不會因惡劣環(huán)境和負載而變化，可在零上120度和零下-60度范圍內(nèi)正常工作，并且沒有自放電；

4、高安全性：針對針刺和槍擊不起火，不爆炸，沒有外部輻射。可以適合用于人體內(nèi)的心臟起搏器、人工心臟和耳蝸等醫(yī)療設備；

5、環(huán)境友好：“鎳-63”的半衰期為36963.51±54.79天（101年），在衰變期后，作為放射源的鎳63同位素變成銅的穩(wěn)定同位素，不具有放射性，對環(huán)境不構(gòu)成任何威脅或污染。因此，與現(xiàn)有的化學電池不同，該核電池不需要昂貴的回收工藝，消除了電池使用壽命到期后的廢料處理問題，非常的環(huán)保。

其中，對于大家最為關(guān)心的原子能電池安全性問題，張偉告訴芯智訊，貝塔伏特的原子能電池選擇的放射源“鎳-63”是最安全和理想的材料，具有柔和的β輻射（[敏感詞]67 keV），沒有其他同位素伴隨發(fā)生的中子或伽馬射線。“鎳-63”的穿透力也很弱，一張紙就能阻擋射線。所以沒有大家擔心的“核泄露和污染”帶來的相關(guān)問題。

同時，貝塔伏特獨創(chuàng)的金剛石半導體轉(zhuǎn)換器和3D組件的設計，對于“鎳-63”同位素輻射電子的收集系數(shù)高達98%，并且制造工藝和密封的外殼也進一步提升了安全性。外部檢測根本沒有輻射。

張偉進一步強調(diào)，相比鋰電池，貝塔伏特的微型原子能電池要安全多了！即便是針刺和槍擊也不會起火、爆炸，不會有外部輻射。

對于目前國內(nèi)外是否有類似的產(chǎn)品，貝塔伏特的微型原子能電池在技術(shù)有多大的領(lǐng)先性的問題，張偉對芯智訊表示：“目前世界上沒有類似的產(chǎn)品，我們領(lǐng)先其他競爭對手5-8年。”

那么，為什么貝塔伏特的微型原子能電池能夠具有這么強的領(lǐng)先性呢？

“核心難點就在于金剛石功率半導體，我們公司就是先從金剛石功率半導體做起的。公司的核心研發(fā)團隊匯聚了15名知名院校畢業(yè)的博士。”張偉向芯智訊解釋道。

資料顯示，相對于硅材料、氮化鎵、碳化硅等，金剛石半導體材料的禁帶寬度更是高達5.45 eV，[敏感詞]優(yōu)勢在于更高的載流子遷移率(空穴:3800 cm2V-1s-1，電子:4500 cm 2V-1s-1) 、更高的擊穿電場(＞10 MVcm-1 )、更大的熱導率( 22 WK-1cm-1)，其本征材料優(yōu)勢是具有自然界[敏感詞]的熱導率以及[敏感詞]的體材料遷移率，可以滿足未來大功率、強電場和抗輻射等方面的需求，是制作功率半導體器件的理想材料。不過，金剛石材料的高成本和小尺寸是制約金剛石功率電子學發(fā)展的主要障礙。

值得注意的是，2022年8月，美國商務部工業(yè)和安全局（BIS）還將以金剛石和氧化鎵為代表的超寬禁帶半導體材料技術(shù)列入了出口管制。

據(jù)了解，貝塔伏特目前已經(jīng)解決了金剛石功率半導體面臨的一系列問題，成功合成了基于單晶金剛石的高壓、高溫、高速、抗輻射肖特基二極管，厚度僅為10微米。而這也正是貝塔伏特的微型原子能電池將放射源的衰變能量轉(zhuǎn)化為電流的關(guān)鍵。

張偉在官方新聞稿中也指出，“貝塔伏特原子能電池的核心是第四代金剛石半導體，這是業(yè)界熟知的半導體[敏感詞]材料，全球半導體領(lǐng)域科技競賽的又一個高地。貝塔伏特是全球目前[敏感詞]一個能夠摻雜制作大尺寸金剛石半導體材料的公司，高效率金剛石轉(zhuǎn)換器是制造核電池的關(guān)鍵。貝塔伏特既是一家新能源公司，也是一家第四代半導體和超長碳納米管新材料公司。核電池、金剛石半導體和超級電容器，三大技術(shù)和材料鏈接與融合，形成了貝塔伏特的核心技術(shù)和創(chuàng)新能力。”

據(jù)介紹，目前貝塔伏特公司已經(jīng)在北京注冊了與該“微型原子能電池”相關(guān)的專利，并將開始注冊全球PCT專利。在中國中核集團舉辦的2023年創(chuàng)新大賽上，貝塔伏特作為極少數(shù)外部參賽企業(yè)，在幾百家企業(yè)和研究機構(gòu)中脫穎而出，獲大賽三等獎，代表中國權(quán)威的核技術(shù)企業(yè)對貝塔伏特公司的原子能電池技術(shù)與產(chǎn)品的認可。

可穿戴及智能手機創(chuàng)新迎來新契機

眾所周知，目前智能手機等移動設備及可穿戴設備的創(chuàng)新已經(jīng)進入了一個瓶頸期，其中一個關(guān)鍵的限制就是電池續(xù)航能力，因為此類設備的很多的功能設計和性能設計都需要向電池續(xù)航妥協(xié)。

比如決定手機/可穿戴設備性能的移動處理器，首先就需要考慮功耗問題，這也制約了芯片性能的進一步提升，為此芯片廠商不得不采用更為先進且昂貴的半導體工藝制程在提升性能的同時控制功耗，這也使得處理器成為了不斷推升各類設備成本的關(guān)鍵因素。可以說，這些性能、續(xù)航、成本上的制約，嚴重阻礙了智能手機、可穿戴設備的進一步創(chuàng)新。但是，如果這類設備能夠采用這種型原子能電池，那么很多問題就有望迎刃而解，并且將為這些設備的創(chuàng)新帶來全新的契機。

目前貝塔伏特推出的[敏感詞]微型原子能電池BV100功率只有100微瓦，只能滿足一些極低功耗設備的運行。因此主要面向心臟起搏器、人工耳蝸、助聽器、侵入式腦機接口等方面的應用。

但是，據(jù)張偉介紹，貝塔伏特明年將會推出功率1瓦的原子能電池，這樣的功率已經(jīng)是可以為很多可穿戴設備，比如TWS耳機、智能手環(huán)/手表，甚至是智能手機供電了。

根據(jù)中關(guān)村在線數(shù)年前對于20款智能手機一項續(xù)航測試顯示，這些測試手機在100%電量的條件下[敏感詞]SIM卡并接入4G LTE網(wǎng)絡，開啟WiFi網(wǎng)絡，關(guān)閉藍牙、GPS、勿擾模式、鬧鐘等功能，保留微信、電話、相機、皇室戰(zhàn)爭、微博共5個APP駐留后臺并保持熄屏狀態(tài)下，其平均的待機功耗為59.15毫瓦。

當然，現(xiàn)在智能手機在高負載狀態(tài)下，功耗大概要到10瓦左右，僅靠功率微1瓦的微型原子能電池供電是不夠的。但是，只要該原子能電池的尺寸及手機的內(nèi)部的電池空間允許，完全是能夠設計成兩塊電池供電。一塊原子能電池作為待機供電，另一塊常規(guī)電池作為高負載應用供電，同時待機狀態(tài)下原子能電池則能夠為常規(guī)電池進行充電，這樣就能夠讓智能手機實現(xiàn)無需充電的[敏感詞]續(xù)航（至少是在智能手機的整個生命周期內(nèi)）。

另外，現(xiàn)在消費者對于一款智能手機使用壽命一般也就是兩三年，雖然近兩年隨著智能手機創(chuàng)新放緩，用戶的換機周期有所拉長，對于一部智能手機的使用大概也就是在四五年左右的時間。所以，需要的是功率更高，但續(xù)航只需要數(shù)年的原子能電池即可。

值得一提的是，貝塔伏特公司還表示，其已經(jīng)與中國專業(yè)核研究機構(gòu)和大學進行溝通，計劃繼續(xù)研究采用鍶90、钷147和氘等同位素，研制更高功率、使用壽命2年-30年原子能電池。或許未來數(shù)年內(nèi)，我們就能夠看到可以獨立應用于智能手機的原子能電池了。

張偉也明確的對芯智訊表示：“我們能做手機用的微型原子能電池，但是這么大功率的需要輻射安全許可證，所以民用會先從很小功率的開始，其他大功率的主要是面向非民用市場。”

對于成本方面，據(jù)張偉向芯智訊透露，面向不同的應用場景，貝塔伏特的原子能電池未來會有幾百元、幾千元、幾萬元的不同價位的型號可以選擇。

編輯：芯智訊-浪客劍