原电池工作原理 原电池原理思维导图

当我们还在天马行空想着如果自己的手机可以尽情地在网上冲浪，不用考虑充电这个问题的时候，不用充电也能续航百年的核电池已经被科学家们发明了出来，并且运用在航天领域。那么这种核电池真的可以不用充电吗？它的工作原理又是什么？

核电池叫做放射性同位素温差发电器，又称原子能电池。核电池与核电站的发电原理不同，核电站得比较复杂，先将核能转为内能，接着由内能转化成机械能，再由机械能转化为电能。但核电池不用这么麻烦，核电池是把碲化铋、碲化铅等性能优异的半导体材料串联组成起来的，除此之外，核电池要发电就要使其存在温差，所以它还需要合适的热源和换能器来达到发电的效果。

核电池用的是衰变原理，核电池的种类多种多样，以目前航天器核电池最常用的“燃料”钚-238来说，在它衰变过程中，它会产生一个α粒子，而这个α粒子会因为受阻减慢速度，从而放出热量。根据实验测算，在衰变过程中，钚-238的功率密度是0.41w/g，而半衰期竟可高达87.7年。而我们先前提到的半导体材料，它可以让钚-238在衰变过程中产生的热能转化成电能，主要是将两个不同半导体元件串联成电池的两极，如此一来，利用温差，热能会转变为电能，而这个过程也不停的在发电，我们管这种现象为温差电动势。放射性同位素和温差不断组成就形成了核电池。简单来说，核电池的原理是将热量转化为电能。

核电池不仅体积小，重量也轻，使用起来很是方便，最重要的是使用寿命长。那核电池是否真的可以不用充电也可以用上百年呢？其实我们从它的原理也可以得知整个过程是在不断地衰变，这也意味着在某一段时间后能量被耗尽，核电池也就变成了“废品”，但是就目前来说，核电池在航天器中的寿命有几十年甚至是上百年，足够满足人们对核电池的需求。

核电池的寿命要比太阳能电池板的寿命要长很多，所以在航天领域，大部分都是使用核电池，比如在2012年时，美国就是在火星探测器“好奇号”用了45斤的核电池，就连目前最新型的火星漫游车“毅力号”也是用了好“好奇号”相似的核电池，其实不光是航天领域，医疗领域也在运用核电池，比如心脏起搏器，它可以在人体内工作十年之久，所以对患者来说，不仅没有放置的负担，也免去了因时间的问题继续动手术，但是因为核电池遇火会释放放射性污染，假设患者逝世后火化，核电池也跟着被火化，那后果很是危险，因此后面这种核电池的心脏起搏器就被停产了。

很多人也会有这样疑惑，既然核电池使用寿命长，抗干扰性强，为什么不能民用？主要有两个原因。一是如心脏起搏器被停用的原因一致，它的放射性没有办法得到解决，使用它和它带来的污染在民用上不能达到平衡，或许在未来，科技的不断发展能找到一个更好的解决办法，但目前我们仍不能解决这个污染的问题，而用在航天领域，它可以被国家管控，也方便人们探索宇宙，是合适的；二是核电池的成本太高了。比如我们知道的钚-238，一斤的钚-238就要上千万美金，而美国的探测仪要用45公斤的核电池，这需要一笔非常庞大资金支持，而一个国家要承担这么高金额的核电池尚且都吃力，更何况是我们普通老百姓。所以核电池的成本价并不亲民，因此在民用方面很难有所突破，只能在航天或者其他的军事领域得到超常发挥。