核电池示意图

      近年来，光伏发电的成本持续下降，新一代电池在效率极限方面面临极大的压力。因此，在我们能够以可持续的方式产生和使用电力之前，能源储存似乎是我们所面临的重大技术挑战。如今，由美国陆军研究实验室的科学家们领导的一项新研究有望为新型同位素电池铺平道路。

      尤其对于军队来说，电池的能量密度一直是一个大问题。更高的能量密度可以延长关键设备的运行时间，但给电池充电却不总是那么容易。士兵们似乎更有可能使用过多的高科技设备。化学电池是一项相对成熟的技术，然而随着对越来越多材料的探索，电池的功率密度方面不太可能得到实质性的改善。

      “因此，我们有充足的理由来扩大陆军的动力来源。例如，这将推动军队用改性化学电池的研究，以减轻士兵们的负担；同时，确定获得同位素储存能量可行性的研究也正在进行中，其密度是化学品可提供密度的10万倍。可以说，我们正试图超越一种全新电池的‘化学极限’。”美国陆军研究实验室功率器件部门负责人James Carroll博士说道。

      研究人员正在研究的同位素效应已经被提出了一段时间，但该论文( 发表在2月8日的《自然》杂志上)首次报导了能量储存和释放机制。该方法就是采用非裂变放射性同位素；在该研究中，就使用了钼的放射性同位素。这些同位素的原子核可以被激发到“亚稳态”状态，能持续大约七个小时。在此过程中，原子核便能够储存能量。

      原子核能以特定的方式去激发。首先，原子被电离，在一个电子轨道上留下空穴。如果空穴中充满了相等的能量，那么这些能量中的一部分就会转移到原子核上，从而导致原子脱离亚稳态，释放能量。人们或许可以想象许多初始化的钼核，它们可以让电子通过材料，同时被激发，来释放储存的能量。这样做的主要优点是储存的能量密度数量级更高——毕竟，本质上是一个核过程 。

      对电子捕获导致原子核被激发的物理效应研究已有40多年的历史，但军队希望寻找新的基本储存和释放能量的方法来促进这项研究。来自俄罗斯核研究联合研究所的核科学家们同来自欧洲和澳大利亚的大学展开了合作，共同进行这项研究，实际的演示实验早于2015年12月就在阿贡国家实验室的ATLAS工厂展开。

      自1913年以来，核电池的概念一直存在，当时Henry Mosely展示了第一台beta电流装置——一种仅使用放射性物质的自然衰变来产生电流的电池。与化学电池相比，核电池的高昂成本限制了它们的使用，但它们可以提供持久且高能量密度的电力，这一优势已经被用于特定的医疗、军事和太空领域中。这不禁让人想起太阳能电池板最初是如何被应用的——在价格下降到足以广泛使用之前，首先应用于特定领域。

      现在这种效应的第一次实验演示已经成功，它们可以用来测试和验证已经存在的理论模型，而这反过来又会促进更优模型的创建。美国陆军研究实验室致力于生产在该领域十分有用的技术——但即使这种特殊类型的核电池已被证明是不切实际的，基础物理学研究仍然对核物理学有价值。在第一次关于辐射的争论之后的一个多世纪里，我们仍然在解开原子的秘密，并试图确定我们是否可以利用它们来获得更多的优势。