韩国首次演示基于碳化硅半导体的β电池，镍-63核电池可望长期供电

韩国电工技术研究院(KERI)7月26日宣布，其下一代半导体研究中心徐在华高级研究员团队，与庆国大学尹永俊教授团队合作，成功制造并演示了一种基于碳化硅(SiC)半导体的β电池。该装置利用放射性同位素释放的β射线发电，无需充电或更换，有望为太空、深海、极地等人员难以抵达、阳光难以覆盖的极端环境传感器提供长期电源。相关研究成果已于3月29日发表在《International Journal of Energy Research》上。

β电池的工作原理，是由半导体吸收放射性物质衰变时释放的β射线，并将其转化为电能，过程与太阳能电池利用光能发电有相似之处。研究团队此次采用碳化硅作为核心材料。与传统硅材料相比，碳化硅更耐高温，也具备更强的抗辐射能力，适合在强辐射等复杂环境中运行。

在演示中，研究人员使用了会发射β射线的放射性同位素镍-63。镍-63半衰期约为100年，辐射强度衰减较慢，因此适合用于长寿命微功率电源。团队表示，他们成功获得符合安全标准的镍-63，并建立了韩国首个专门用于β电池测量的设施。

实测结果显示，该β电池每平方厘米有效面积可产生约160微瓦功率。与韩国此前报道的实验结果相比，输出性能提高了6万倍以上。研究团队还利用该电池产生的电力驱动了低功率有机发光二极管(LED)原型装置。

团队称，在理想条件下，例如将放射性物质均匀、薄层且无缝隙地涂覆在半导体表面，发电功率可比标准韩国国产电池目标输出高出4200倍以上。考虑到镍-63的半衰期，该类电池可为低功率设备提供50年以上的免维护运行能力，理论上能量规模可支持长达100年的运行。

研究人员还开发了利用人工智能进行设计优化的技术，建立的模型可用98%至99%的准确率预测β电池输出功率和电压。同时，团队开展了模拟宇宙辐射环境的耐久性测试，评估电子在15兆电子伏特高能质子直接照射下的性能保持情况，为未来太空任务应用提供数据基础。

徐在华表示，β电池是一种超长寿命电源，可在难以抵达的地区持续数十年提供少量电力。研究团队预计，未来通过增大电池尺寸、采用多节电池堆叠集成工艺，电池输出功率还有进一步提升空间。