文／郭詠澧　

「核電池」又稱原子能電池或放射性同位素電池，其原理是將核同位素衰變釋放的能量，轉化為電能來發電，具有能量密度高、發電壽命長的優點，可分為「熱轉換型」與「非熱轉換型」兩種。

熱電效應 光電效應



熱轉換型核電池是運用衰變過程中釋放出大量熱能的同位素，如鈽244,鋦244及鋦242等，透過「熱電效應」或「光電效應」來生產電力，其能量效率介於0.1%〜5%。

非熱轉換型核電池是使用同位素衰變時放出的射線，也就是直接用電子來發電，中間不使用熱能產生電力，它的能量效率介於6%〜8%。

上世紀50年代，美蘇兩國均已研發出核電池應用在太空領域。太空探測是太空科技的必備任務，發射出去的太空船上所需能源供應，就決定了太空探測任務完成的深度與廣度。

傳統的電池用完後需要充電，而充電方式，在太空中原本只有靠太陽能，但是太空探測很多任務遠離太陽，或者處在陰影照射區域，光照嚴重不足，同時太空環境溫度過低，傳統電池及太陽能電源是無法達到所需求的發電量，科學家就開始研究利用核能發電的核電池，輸出能量遠比一般化學電池為高，但製造成本相當昂貴。

1958年，美國發射第一座人造衛星「探險者1號」上，所搭載的無線電報發電機，就由核電池來供電。1969年美國「阿波羅11號」登上月球，上面安裝了兩個同位素核電池，產生的電功率為15瓦，提供登月小艇在月球夜間取暖用。

當時鈽238同位素核電池，是太空領域供電最主要也是唯一的選擇。美國旅行者號太空探測器，裝置了鈽238及鋦244同位素的熱轉換型核電池，提供了在太空中可持續50年的能源運行。

1971年，中國大陸使用鈽210，為燃料製造出中國第一個核電池，輸出的電功率為1.4瓦。2013年及2018年發射的嫦娥三號與四號，月球登陸艇上都搭載了中俄共同研發的鈽238核電池。

太空供電 選核電池



事實上鈽238是一種人造材料，天然環境中並不存在，由於鈽238在衰變過程中，能夠穩定釋放能量，而且釋放周期能夠長達幾十年，上世紀由於同位素價格昂貴且有存在安全的隱憂，微型核電池只有運用在太空科技，而沒有被廣泛地運用在其他方面，隨著科技不斷地發展與進步，今日微型核電池已走向可行性。

人們原來擔憂核電池有核輻射的問題，因為核輻射會直接引起身體內細胞的DNA損傷，而產生癌變或先天性畸形等病變。目前發展的核電池並非利用鏈式反應來產生能量，不是核反應爐產生的能量，乃是特別選擇衰變過程中釋放的粒子射程比較短的衰變核素，在正常使用的狀況下是不用擔心輻射的問題。

今年年初，中國大陸北京一家科技公司宣布研製出微型原子能電池，使用鎳63同位素衰變過程中，釋放的輻射能轉換為電能，是屬於非熱轉換型核電池，在衰變時間結束後，該同位素會變成穩定的銅同位素；這種同位素沒有放射性，不會對環境造成危害或汙染，是環保電池。實驗結果顯示，核電池的能量密度是鋰電池的10倍以上，因採用分層結構，電池不會著火，針刺或槍擊也不會因突然受力爆炸，在-60℃〜-120℃的範圍內都能夠正常工作，擁有能夠耐低溫與高溫的特性，該微型核電池採用鎳63同位素及第四代金剛石半導體技術，具備半衰期達到101年長的特點，估計穩定發電可達50年之久。

該公司計畫量產應用於民生市場，若應用在無人機與機器人上可以使用更長時間。由於體積小，能夠解決心臟節律器，人工心臟或人工耳蝸等醫療設備的電池問題。因為此種微型核電池可持久發電50年，置入手機生產線上，將徹底改變人們使用手機的方式。