有时手机会比预期更早没电，或者电动汽车没有足够的电量到达目的地。这些设备和其他设备中的可充电锂离子（Li-ion）电池通常一次充电可使用数小时或数天。然而，随着反复使用，电池性能会下降，需要更频繁地充电。而频繁充电不仅不方便，还限制了使用电池供电的技术（如无人机和遥感设备）的实用性。

此外，电池对环境也有危害：开采锂需要大量能源，不当处理锂离子电池会污染生态系统。但随着联网设备、数据中心和其他计算技术的普及，对长寿命电池的需求也在增加。

图片来源：大邱庆北科学技术学院

而更好的锂离子电池可能不是解决这一挑战的答案。“锂离子电池的性能几乎已经饱和，”大邱庆北科学技术学院（Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology）教授Su-il In表示。

核电池利用放射性物质发射的高能粒子来发电。并非所有放射性元素都会发射对生物体有害的辐射，某些辐射可以被某些材料阻挡。例如，β粒子（也称为β射线）可以用薄铝片屏蔽，这使得贝塔伏特电池成为核电池的潜在安全选择。

据外媒报道，教授Su-il In及其研究团队正在考虑将放射性碳作为安全、小型且价格合理的核电池的来源，这种电池无需充电即可使用数十年或更长时间。

研究人员用碳-14（一种不稳定且具有放射性的碳形式，称为放射性碳）制作了一个原型贝塔伏特电池。“我决定使用碳的放射性同位素，因为它只产生β射线，”In表示。

此外，放射性碳是核电站的副产品，价格低廉、随时可用且易于回收。由于放射性碳降解速度非常慢，放射性碳电池理论上可以使用数千年。

在典型的贝塔伏特电池中，电子撞击半导体，从而产生电能。半导体是贝塔伏特电池中的关键组件，因为它们主要负责能量转换。

因此，科学家们正在探索先进的半导体材料，以实现更高的能量转换效率——衡量电池将电子转换成可用电能的效率。

为了显著提高新设计的能量转换效率，In和团队使用了一种二氧化钛基半导体，这是一种常用于太阳能电池的材料，并用钌基染料敏化。研究人员用柠檬酸处理加强了二氧化钛和染料之间的结合。

当放射性碳产生的β射线与经过处理的钌基染料发生碰撞时，会发生一系列电子转移反应，称为电子雪崩。然后雪崩穿过染料，二氧化钛有效地收集产生的电子。

新电池的染料敏化阳极和阴极中也有放射性碳。通过用放射性同位素处理两个电极，研究人员增加了产生的β射线量，并减少了两个结构之间与距离相关的β辐射能量损失。

在演示原型电池时，研究人员发现，两个电极上的放射性碳释放的β射线会触发阳极上的钌基染料，从而产生电子雪崩，该电子雪崩被二氧化钛层收集并通过外部电路，产生可用的电能。

与之前仅在阴极上使用放射性碳的设计相比，研究人员的电池在阴极和阳极上都有放射性碳，其能量转换效率高得多，从0.48%提高到2.86%。

In表示，这些持久的核电池可以实现许多应用。例如，心脏起搏器可以持续一个人的一生，无需进行手术更换。

然而，这种贝塔伏特设计只能将一小部分放射性衰变转化为电能，导致性能低于传统锂离子电池。In建议进一步努力优化贝塔射线发射器的形状并开发更高效的贝塔射线吸收器，可以提高电池的性能并增加发电量。

随着气候问题日益严重，公众对核能的看法正在发生变化。但人们仍然认为核能只是在偏远地区的大型发电厂生产的能源。In表示，有了这些双源染料敏化贝塔伏特电池，“我们可以将安全的核能放入手指大小的设备中。”