中国“烛龙一号”横空出世，碳-14核电池打破能源续航天花板

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就在最近，科技圈被一则重

磅消息刷：中国首款超长寿命碳 - 14 核电池 “烛龙一号” 研制成功！这一消息宛如一颗投入平静湖面的巨石，激起千层浪，瞬间引发全球关注。“烛龙一号” 的诞生，不仅是中国在能源领域的一次重大突破，更是世界能源发展史上的一座重要里程碑，它标志着人类在探索可持续能源的道路上迈出了关键一步 。

如此神奇的 “烛龙一号”，其背后的技术原理是什么呢？让我们一起深入探寻。

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“烛龙一号” 的核心能量来源是碳 - 14。碳 - 14 是碳元素的一种具有放射性的同位素 ，它的原子核由 6 个质子和 8 个中子构成 。其最大的特点就是半衰期长达 5730 年，这意味着每过 5730 年，碳 - 14 的数量才会减少一半 。正是这种超长半衰期的特性，为 “烛龙一号” 提供了长达数千年的理论供电能力，使其成为真正意义上的 “长寿电池”。在衰变过程中，碳 - 14 原子核会释放出电子（β 粒子），并转化为氮 - 14 。这一衰变过程持续不断地产生电流，为核电池提供了稳定的能源输出。而且，与其他一些用于核电池的放射性同位素（如钚 - 238）相比，碳 - 14 具有更高的生物相容性，其释放的 β 射线穿透力极弱，甚至只需一张纸就可以屏蔽，大大提升了使用过程中的安全性 。

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有了碳 - 14 作为能源基础，如何高效地将其衰变产生的能量转化为电能呢？这就离不开碳化硅半导体技术。碳化硅（SiC）是一种宽带隙半导体材料，具有出色的物理性能 。它能够承受高温、高压和强辐射环境，同时具备高电子迁移率和高击穿电场强度等特性 。在 “烛龙一号” 中，碳化硅半导体材料与碳 - 14 完美结合。当碳 - 14 衰变释放出 β 粒子（电子）时，这些电子具有一定的能量。碳化硅半导体的特殊结构能够有效地捕获这些电子，并通过内部的电子 - 空穴对产生机制，将电子的能量转化为电能 。研发团队通过不断创新和优化，成功攻克了高比活度碳 - 14 源制备和换能器件能量转换率低、稳定性差等关键技术难题 。将能量转换效率提升至 8%，相比传统核电池普遍低于 5% 的转换效率有了显著提高 。同时，实现了短路电流达 282nA，开路电压 2.1V，最大输出功率 433nW ，这些技术指标的突破，使得 “烛龙一号” 在性能上远超同类产品，为其广泛应用奠定了坚实的技术基础 。

“烛龙一号” 究竟有多厉害？下面，就让我们一起深入了解一下它的卓越性能。

“烛龙一号” 最引人注目的性能之一就是它的超长续航能力。由于采用了半衰期长达 5730 年的碳 - 14 作为能量源，从理论上来说，“烛龙一号” 能够持续放电数千年 。这与我们日常生活中使用的传统电池形成了鲜明的对比。以手机电池为例，现在的智能手机电池普遍需要一天一充甚至一天多充，即使是一些号称长续航的电池，也最多只能维持数天的使用时间 。而汽车电池，虽然续航里程在不断提升，但也需要频繁充电，并且随着使用时间的增加，电池的续航能力还会逐渐下降 。“烛龙一号” 的超长续航能力，彻底打破了传统电池的续航限制，为那些需要长期稳定供电的设备提供了可靠的能源解决方案 。它就像是一个永不枯竭的能量源泉，让设备能够持续稳定地运行，无需频繁更换电池或充电，大大提高了设备的使用效率和便利性 。

除了超长续航，“烛龙一号” 还具备出色的极端环境适应性。它能够在 - 100℃至 200℃的超宽温度范围内稳定工作 。在极寒的南极和北极地区，温度常常会低于 - 50℃，传统的电池在这样的低温环境下，电量会迅速衰减，甚至无法正常工作 。而在高温的沙漠地区或工业生产中的高温环境中，传统电池同样会面临性能下降、寿命缩短等问题 。“烛龙一号” 却能轻松应对这些极端温度条件，始终保持稳定的性能 。不仅如此，“烛龙一号” 还能适应深海高压等极端环境 。在深海中，水压巨大，每下潜 10 米，水压就会增加约 1 个大气压，在数千米的深海底部，水压可达数百个大气压 。这样的高压环境对电池的结构和性能都是巨大的考验，许多传统电池根本无法承受，而 “烛龙一号” 凭借其特殊的设计和材料，能够在深海高压环境中正常工作，为深海探测设备提供稳定的电力支持 。无论是在酷热的沙漠、寒冷的极地，还是在黑暗的深海，“烛龙一号” 都能稳定运行，其可靠性可见一斑 。

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“烛龙一号” 的能量密度也十分惊人，高达 2200mWh/g ，是普通锂电池能量密度的数倍甚至数十倍 。这意味着在相同的重量下，“烛龙一号” 能够存储更多的能量，为设备提供更持久的电力 。同时，在 50 年的设计寿命内，其性能衰减率低于 5% ，这保证了在漫长的时间里，“烛龙一号” 都能稳定地输出电能，不会出现明显的性能下降 。它还支持毫瓦级脉冲放电，能够满足一些对功率需求较为特殊的设备的工作要求 。并且具备智能能量管理功能，可以根据设备的实际需求自动调节能量输出，进一步提高能源利用效率 。在物联网设备中，许多传感器只需要在特定的时间点进行短暂的高功率工作，以发送数据，而在其他大部分时间则处于低功耗待机状态 。“烛龙一号” 的毫瓦级脉冲放电和智能能量管理功能，使其能够很好地适应这类设备的工作模式，在保证设备正常运行的同时，最大限度地节省能源 。

“烛龙一号” 的诞生，犹如一把万能钥匙，为众多领域的发展打开了全新的大门，其应用前景十分广阔 。

在医疗领域，“烛龙一号” 有望带来一场革命性的变革 。目前，心脏起搏器是许多心脏病患者维持生命的重要设备，然而，现有的心脏起搏器电池寿命通常只有 5 - 10 年 ，患者需要定期进行手术更换电池 。这不仅给患者带来了身体上的痛苦和经济负担，还存在手术感染等风险 。而 “烛龙一号” 的出现，将彻底改变这一现状 。它可以为心脏起搏器提供永久能源，患者一次植入后，终身无需再为更换电池而烦恼，大大降低了手术风险和患者的痛苦 。脑机接口作为一项极具潜力的前沿技术，也对能源的稳定性和持久性提出了很高的要求 。“烛龙一号” 能够为脑机接口设备提供稳定可靠的电力支持，推动脑机接口技术的发展，为神经系统疾病的治疗和康复带来新的希望 。想象一下，未来瘫痪患者可以通过脑机接口设备，借助 “烛龙一号” 的能源，重新控制自己的肢体，实现自主行动，这将是多么令人振奋的场景 。

在物联网领域，“烛龙一号” 同样大有用武之地 。随着物联网技术的飞速发展，越来越多的设备需要连接到网络，形成庞大的传感器网络 。这些设备分布广泛，有些位于偏远地区或难以维护的环境中，传统电池的续航能力和频繁更换的需求成为了物联网发展的一大障碍 。“烛龙一号” 超长的续航能力和无需维护的特点，使其成为物联网设备的理想电源 。它可以支撑万亿级传感器网络长期稳定运行，无需担心电池耗尽和频繁更换电池的问题，大大降低了物联网设备的维护成本，提高了整个物联网系统的可靠性 。在智能城市建设中，遍布城市各个角落的传感器，如环境监测传感器、交通流量传感器等，都可以使用 “烛龙一号” 供电 。这些传感器可以实时采集数据，为城市的智能化管理提供准确的信息，让城市的运行更加高效、便捷 。 未来，随着 “烛龙一号” 的普及，物联网将真正实现无处不在，为人们的生活带来更多的便利和创新 。

对于深空深海探测任务而言，“烛龙一号” 堪称是一款理想的电源 。在月球、火星等深空探测任务中，探测器需要在极端环境下长期工作，传统的太阳能电池在夜晚或遇到恶劣天气时无法提供足够的电力，而携带大量的传统电池又会增加探测器的重量和成本 。“烛龙一号” 的出现，完美地解决了这些问题 。它可以在没有阳光的情况下持续为探测器提供稳定的电力，确保探测器能够在复杂的外星环境中完成各种科学探测任务 。我国的嫦娥系列月球探测器、天问一号火星探测器等，如果未来搭载 “烛龙一号”，将大大提升它们的探测能力和工作时间，为我们揭示更多宇宙的奥秘 。在深海探测方面，“烛龙一号” 也能发挥重要作用 。深海环境黑暗、高压、低温，对设备的能源供应提出了极高的要求 。传统的电池在深海环境中性能会受到很大影响，而 “烛龙一号” 凭借其出色的极端环境适应性，能够为深海监测设备、水下机器人等提供稳定的电力，助力科学家深入探索神秘的海洋世界 。通过 “烛龙一号” 供电的深海探测器，可以长时间对海洋生态系统、海底地质构造等进行监测和研究，为海洋资源开发和海洋环境保护提供重要的数据支持 。

“烛龙一号” 的成功研制，让中国在核电池领域迅速崛起，与国际同类技术相比，“烛龙一号” 展现出了诸多优势，在全球核电池领域占据了重要地位 。

一直以来，美国在核电池技术领域处于领先地位，拥有多年的研发经验和技术积累 。2024 年，美国加州的 NDB.technology 公司宣布研制出一款核电池，续航时间可达 90 年 ，这款电池采用了碳 14 和镍 63 等放射性同位素，并结合纳米金刚石技术来确保安全性 。然而，与中国的 “烛龙一号” 相比，美国核电池的续航能力就显得相形见绌了 。“烛龙一号” 基于碳 - 14 同位素 5730 年的半衰期特性，理论上可持续放电上千年 ，是美国核电池续航时间的 60 多倍 。在能量转换效率方面，“烛龙一号” 突破 8%，而美国同类核电池的能量转换效率普遍在 5% 左右 。“烛龙一号” 还具备出色的极端环境适应性，能在 - 100℃至 200℃的超宽温度范围内稳定工作 ，而美国核电池在极端温度环境下的性能表现则相对较差 。在成本方面，美国核电池每公斤大约 4 万美元，价格昂贵 ，“烛龙一号” 在量产之后，成本有望大幅降低，具有更高的性价比 。

“烛龙一号” 的诞生，标志着中国在微型核电池领域实现了里程碑式的跨越，掌握了完全自主知识产权 。从核心材料研发到换能器件制造，中国科研团队都取得了关键技术突破，成功攻克了高比活度碳 - 14 源制备和换能器件能量转换率低、稳定性差等难题 。在全球核电池领域，“烛龙一号” 的核心技术指标处于国际领先水平 。其超长的续航能力、超高的能量密度、出色的极端环境适应性以及稳定的性能输出，让世界为之瞩目 。中国凭借 “烛龙一号”，成功进入了全球核电池技术的先进行列，与美国、俄罗斯等传统核技术强国站在了同一起跑线上 。并且，“烛龙一号” 采用的碳 - 14 同位素，具有放射性弱、成本低且易获取的优势，绕开了放射性废物处理的国际争议，为全球核电池技术的发展开辟了一条全新的道路 。随着 “烛龙一号” 的不断完善和升级，以及后续产品的研发推出，中国有望在全球核电池市场中占据重要份额，引领核电池技术的发展潮流 。

“烛龙一号” 的成功研制，对中国能源战略具有重大意义 。它为中国能源结构的优化和绿色低碳发展提供了新的方向 。长期以来，中国对传统能源的依赖程度较高，煤炭、石油等化石能源的大量使用，不仅带来了环境污染问题，还对能源安全构成了一定威胁 。而 “烛龙一号” 作为一种新型的清洁能源，其超长的寿命和稳定的性能，使得它在一些特定领域可以替代传统能源，减少对传统能源的依赖 。在偏远地区的通信基站、气象监测站等，以往需要定期更换电池或依赖外部供电，不仅成本高昂，而且维护困难 。有了 “烛龙一号”，这些设备可以实现长期自主供电，大大提高了能源供应的稳定性和可靠性 。“烛龙一号” 的应用还有助于推动中国实现碳达峰、碳中和目标 。随着全球对气候变化问题的关注度不断提高，减少碳排放已成为各国共同的责任 。“烛龙一号” 在工作过程中几乎不产生碳排放，符合绿色低碳发展的要求 。它的广泛应用将有助于降低中国能源领域的碳排放，为实现 “双碳” 目标做出积极贡献 。

“烛龙一号” 的诞生，还将带动一系列相关产业的发展 。它将推动核技术产业的进步 。“烛龙一号” 的研制涉及到高比活度碳 - 14 源制备、碳化硅半导体材料等核技术领域的关键技术 。这些技术的突破和应用，将促进核技术产业的发展，提高中国在核技术领域的国际竞争力 。相关企业可以以此为契机，加大在核技术研发和应用方面的投入，开发出更多具有创新性的核技术产品 。“烛龙一号” 也将促进半导体产业的发展 。碳化硅半导体材料是 “烛龙一号” 的核心材料之一，其性能的优劣直接影响着核电池的性能 。随着 “烛龙一号” 的研发和应用，对碳化硅半导体材料的需求将不断增加，这将推动半导体产业加大对碳化硅半导体材料的研发和生产力度，提高碳化硅半导体材料的性能和质量 。“烛龙一号” 的研制还将带动其他相关产业的发展，如材料科学、电子技术、仪器仪表等 。这些产业的协同发展，将形成一个完整的产业链，为中国经济的发展注入新的动力 。“烛龙一号” 的成功研制，也为产学研合作提供了新的契机 。在 “烛龙一号” 的研发过程中，无锡贝塔医药科技有限公司与西北师范大学科研团队紧密合作，充分发挥了企业在工程化和产业化方面的优势，以及高校在基础研究和人才培养方面的优势 。这种产学研合作模式，不仅加快了 “烛龙一号” 的研发进程，还为相关产业的发展培养了大量高素质人才 。未来，随着 “烛龙一号” 的产业化推广，产学研合作将更加紧密，为中国科技创新和产业发展提供有力支撑 。

从更宏观的角度来看，“烛龙一号” 对人类科技进步的贡献也是不可估量的 。它为医疗、航天、物联网等众多领域的发展提供了强大的动力支持，拓展了人类探索和发展的空间 。在医疗领域，“烛龙一号” 为心脏起搏器、脑机接口等植入式设备提供永久能源，让患者摆脱了频繁更换电池的痛苦和风险，提高了患者的生活质量 。这不仅是医疗技术的一大进步，更是对人类健康事业的巨大贡献 。在航天领域，“烛龙一号” 的千年续航特性打破了深空探测的能源瓶颈，使得人类能够更深入地探索宇宙奥秘 。它将为未来的星际航行、外星基地建设等提供可靠的能源保障，推动人类航天事业迈向新的高度 。在物联网领域，“烛龙一号” 支撑着万亿级传感器网络的长期运行，让物联网真正实现了无处不在 。这将促进智能家居、智能城市、智能交通等领域的发展，为人们的生活带来更多的便利和创新 。“烛龙一号” 的出现，还将激发全球科研人员对核电池技术的研究热情，推动相关领域的技术创新和突破 。它为人类在能源领域的探索提供了新的思路和方法，让人们看到了未来能源发展的无限可能 。

“烛龙一号” 的成功只是一个开始，更令人期待的是 “烛龙二号” 的研发计划 。据了解，“烛龙二号” 预计将于 2026 年实现量产 。在性能方面，“烛龙二号” 将在 “烛龙一号” 的基础上实现进一步突破 。它的成本将大幅降低，有望降至医疗级应用门槛，大约 5000 元 / 枚 。这将使得 “烛龙二号” 能够更加广泛地应用于各个领域，让更多的人受益于核电池技术 。“烛龙二号” 的尺寸也将大幅缩小，体积将缩小至硬币大小 。这一改进将使得核电池能够更加方便地集成到各种小型设备中，为物联网、可穿戴设备等领域的发展带来更多的可能性 。

随着 “烛龙二号” 以及后续核电池技术的不断发展，我们有理由相信，核电池将在未来的能源领域中扮演越来越重要的角色 。它将为我们的生活带来更多的便利和创新，推动各个领域的技术进步 。也许在不久的将来，我们的手机、电脑等电子设备将不再需要频繁充电，汽车可以实现超长续航，甚至我们家中的各种电器都可以使用核电池供电 。核电池的发展，将彻底改变我们的能源使用方式，开启一个全新的能源时代 。

参考资料来源于：中国新闻网 陇西融媒 中国教育新闻网 中国甘肃网等媒体的公开报道

配图资料来源于：参考中国新闻网 西北大学供图  AI 3D渲染