充電せずに50年間使える、未来の原子力電池はすごい！

□ 李伝福

5月8日、米国の著名な市場調査機関EMRは最新の市場調査レポートを発表し、2024年から2032年の間に世界の原子力電池市場規模は年平均成長率8.7%で拡大し続けると予測した。新エネルギー電池の中でも原子力電池が注目されている。

原子力電池は原子力エネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置です。原子力電池は化学反応に頼るのではなく、原子力エネルギーを利用して直接電気エネルギーに変換します。核燃料はバッテリー内で核反応を起こし、中性子や陽子などの粒子を生成します。これらの粒子は電池内部の導体内を移動し、導体内の電子と衝突して電子を一定方向に移動し、電流を形成します。

原子力電池の寿命は、使用される放射性元素、電池の設計、動作環境など、多くの要因によって左右されます。異なる原子力電池は異なる元素の放射性核種を使用し、寿命も異なります。原子力電池の寿命は放射性核種の半減期と密接に関係しています。半減期が長いほど、バッテリー寿命は長くなります。例えば、放射性元素である炭素14の半減期は約5,700年なので、炭素14を使用する原子力電池は理論上は数千年も持続します。原子力電池のエネルギー密度は、核燃料のエネルギー放出能力、電池の設計、材料などの要因によって影響を受けます。従来の化学電池と比較すると、原子力電池はエネルギー密度が高く、体積エネルギー密度と質量エネルギー密度も大きく、電池 1 グラムあたり最大 3300 ミリワット時のエネルギーを蓄えることができます。

従来の原子炉と比較すると、原子力電池は小型、高エネルギー密度、低汚染という特徴があります。近年、原子力電池は宇宙探査、民生利用などの分野で重要な進歩を遂げています。

宇宙環境は複雑であるため、検出器は低温や高放射線などの過酷な条件下で動作する必要があります。従来の太陽電池では要件を満たすことができません。原子力電池はエネルギー密度が非常に高く、過酷な環境でも検出器に安定した電力を供給することができます。嫦娥3号月探査機は原子力電池を使用しており、月面で夜を過ごし、関連する科学実験を完了することができる。さらに、原子力電池の使用により太陽電池の需要が減り、探査機の重量とコストも削減できる。

民生分野では、携帯電話やノートパソコンなどの携帯機器や電子製品に原子力電池が使用されている一方、基地局やデータセンターなどの固定設備にも原子力電池が使用されています。従来のリチウム電池と比較すると、原子力電池は耐用年数が長く、メンテナンスコストが低くなります。

今年1月8日、北京ベタボルト新エネルギーテクノロジー株式会社は民生用原子力電池を開発したと発表した。コインほどの大きさのこの四角い電池は、充電やメンテナンスなしで50年間安定した電力を供給することができます。航空宇宙、AI機器、医療機器、微小電気機械システム、先進センサー、小型ドローン、マイクロロボットなどの長期にわたるマルチシナリオの電源ニーズを満たすことができます。

2023年、ロシアの新聞「トルド」は、最大500ワットの電力を持つ小型原子力電池の開発に成功したと報じた。この革新的なエネルギー装置はコンパクトで、外部からのエネルギー供給を必要とせずに何十年にもわたって安定して継続的に動作することができます。つまり、ユーザーは頻繁に充電する必要なく、原子力電池で動く携帯電話、ノートパソコン、その他のデバイスを使用できることになります。

新エネルギー車は動力源として原子力電池を使用し、長い走行距離と低いエネルギーコストを実現します。医療機器の面では、原子力電池は医療機器の正常な動作を確保するために安定した効率的な電力供給を提供することができます。

原子力電池の研究、開発、応用はエネルギー分野に革命的な変化をもたらすでしょう。技術の進歩とグリーンエネルギーの需要の高まりにより、原子力電池はスマートフォン、電気自動車、エネルギー貯蔵システムなど、より多くの分野で広く使用されることが期待されています。同時に、原子力電池の長寿命と環境保護特性は、持続可能な開発目標の達成と環境汚染と資源不足の緩和に役立ちます。しかし、原子力電池は安全性、放射線防護、廃棄物処理などいくつかの課題にも直面しています。原子力電池の信頼性と安全性を確保するために、今後の研究では電池材料の改良、原子炉設計の最適化、放射線防護対策に重点を置く必要があります。

（著者は華中科技大学グリーンエネルギー産業研究センターのエンジニアであり、王立化学協会の会員である）