1月13日消息，近日，北京貝塔伏特新能科技有限公司（以下簡稱「貝塔伏特」）通過官網宣布，成功研製出全新的「微型原子能（核能）電池」，其融合鎳63核同位素衰變技術和中國第一個金剛石半導體（第4代半導體）模塊，可以實現50年穩定自發電，無需充電，無需維護，目前已經進入中試階段，即將量產投入市場。
貝塔伏特表示，這標誌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領域取得顛覆性創新，「遙遙領先」歐美科研機構和企業。
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慧型手機有望誕生，將為智慧型手機、可穿戴設備的進一步創新帶來新的契機。
1月13日晚間，芯智訊也獨家聯繫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獨家揭秘。
可實現50年續航，首款民用微型原子能電池即將量產上市
據介紹，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，通過半導體轉換器吸收轉化為電能。這是上世紀60年代美蘇重點研究的高科技領域，目前僅有用於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，已經成為了歐美各國努力的目標與方向。中國在《十四五規劃和2035年願景目標》當中也提出了核技術民用化以及核同位素的多用途發展是未來發展趨勢。
貝塔伏特的微型原子能電池研發採用了全新的技術路徑，通過放射源鎳-63發射的β粒子（電子）的半導體躍遷產生電流。為了做到這一點，貝塔伏特的科學家團隊開發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換器之間，將放射源的衰變能量轉化為電流，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，並可以串/並聯使用，因此可以製造不同尺寸和容量功率的電池產品。
貝塔伏特公司董事長兼CEO張偉表示，公司將推出的第一款產品是BV100，是世界上首塊即將量產的核電池，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電，每天8.64焦耳，每年3153焦耳。多塊這樣的電池可以串/並聯使用，能夠提供更高的功率。
目前這款產品可以滿足航空航天、AI設備、醫療器械、MEMS系統、高級傳感器、小型無人機和微型機器人等長續航多場景下的電力供應。
張偉告訴芯智訊：「首款產品將會在一年內上市」。
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於2021年4月，註冊資本10億元，法人代表穆索夫·扎烏爾（MUSOV ZAUR），公司致力於成為集研發、生產、服務、銷售、進出口貿易於一體的高科技企業，主營產品有原子能電池、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。
五大優勢突出，比鋰電池更安全
據貝塔伏特介紹稱，其研發的微型原子能電池擁有五大優勢：
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：能夠實現50年自發電，不存在電化學電池的循環次數（2000次充放電）的概念。
3、高穩定性：原子能電池的發電功率穩定，不會因惡劣環境和負載而變化，可在零上120度和零下-60度範圍內正常工作，並且沒有自放電；
4、高安全性：針對針刺和槍擊不起火，不爆炸，沒有外部輻射。可以適合用於人體內的心臟起搏器、人工心臟和耳蝸等醫療設備；
5、環境友好：「鎳-63」的半衰期為36963.51±54.79天（101年），在衰變期後，作為放射源的鎳63同位素變成銅的穩定同位素，不具有放射性，對環境不構成任何威脅或污染。因此，與現有的化學電池不同，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後的廢料處理問題，非常的環保。
其中，對於大家最為關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（最大67 keV），沒有其他同位素伴隨發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」帶來的相關問題。
同時，貝塔伏特獨創的金剛石半導體轉換器和3D組件的設計，對於「鎳-63」同位素輻射電子的收集係數高達98%，並且製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，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。
對於目前國內外是否有類似的產品，貝塔伏特的微型原子能電池在技術有多大的領先性的問題，張偉對芯智訊表示：「目前世界上沒有類似的產品，我們領先其他競爭對手5-8年。」
那麼，為什麼貝塔伏特的微型原子能電池能夠具有這麼強的領先性呢？
「核心難點就在於金剛石功率半導體，我們公司就是先從金剛石功率半導體做起的。公司的核心研發團隊匯聚了15名知名院校畢業的博士。」張偉向芯智訊解釋道。
資料顯示，相對於矽材料、氮化鎵、碳化矽等，金剛石半導體材料的禁帶寬度更是高達5.45 eV，最大優勢在於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)，其本徵材料優勢是具有自然界最高的熱導率以及最高的體材料遷移率，可以滿足未來大功率、強電場和抗輻射等方面的需求，是製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展的主要障礙。
值得注意的是，2022年8月，美國商務部工業和安全局（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列入了出口管制。
據了解，貝塔伏特目前已經解決了金剛石功率半導體面臨的一系列問題，成功合成了基於單晶金剛石的高壓、高溫、高速、抗輻射肖特基二極體，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化為電流的關鍵。
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，這是業界熟知的半導體終極材料，全球半導體領域科技競賽的又一個高地。貝塔伏特是全球目前唯一一個能夠摻雜製作大尺寸金剛石半導體材料的公司，高效率金剛石轉換器是製造核電池的關鍵。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，三大技術和材料連結與融合，形成了貝塔伏特的核心技術和創新能力。」
據介紹，目前貝塔伏特公司已經在北京註冊了與該「微型原子能電池」相關的專利，並將開始註冊全球PCT專利。在中國中核集團舉辦的2023年創新大賽上，貝塔伏特作為極少數外部參賽企業，在幾百家企業和研究機構中脫穎而出，獲大賽三等獎，代表中國權威的核技術企業對貝塔伏特公司的原子能電池技術與產品的認可。
可穿戴及智慧型手機創新迎來新契機
眾所周知，目前智慧型手機等移動設備及可穿戴設備的創新已經進入了一個瓶頸期，其中一個關鍵的限制就是電池續航能力，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航妥協。
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，這也制約了晶片性能的進一步提升，為此晶片廠商不得不採用更為先進且昂貴的半導體工藝製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鍵因素。可以說，這些性能、續航、成本上的制約，嚴重阻礙了智慧型手機、可穿戴設備的進一步創新。但是，如果這類設備能夠採用這種型原子能電池，那麼很多問題就有望迎刃而解，並且將為這些設備的創新帶來全新的契機。
目前貝塔伏特推出的首款微型原子能電池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，這樣的功率已經是可以為很多可穿戴設備，比如TWS耳機、智能手環/手錶，甚至是智慧型手機供電了。
根據中關村在線數年前對於20款智慧型手機一項續航測試顯示，這些測試手機在100%電量的條件下插入SIM卡並接入4G LTE網絡，開啟WiFi網絡，關閉藍牙、GPS、勿擾模式、鬧鐘等功能，保留微信、電話、相機、皇室戰爭、微博共5個APP駐留後台並保持熄屏狀態下，其平均的待機功耗為59.15毫瓦。
當然，現在智慧型手機在高負載狀態下，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，另一塊常規電池作為高負載應用供電，同時待機狀態下原子能電池則能夠為常規電池進行充電，這樣就能夠讓智慧型手機實現無需充電的永久續航（至少是在智慧型手機的整個生命周期內）。
另外，現在消費者對於一款智慧型手機使用壽命一般也就是兩三年，雖然近兩年隨著智慧型手機創新放緩，用戶的換機周期有所拉長，對於一部智慧型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，但續航只需要數年的原子能電池即可。
值得一提的是，貝塔伏特公司還表示，其已經與中國專業核研究機構和大學進行溝通，計劃繼續研究採用鍶90、鉕147和氘等同位素，研製更高功率、使用壽命2年-30年原子能電池。或許未來數年內，我們就能夠看到可以獨立應用於智慧型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，但是這麼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。」
對於成本方面，據張偉向芯智訊透露，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