微型核电池是将放射性同位素衰变能转换为电能的装置，根据所用放射性同位素的半衰期的不同，其使用寿命可以长达几十年。同时，得益于放射性同位素衰变不受外界环境影响的特性，微型核电池在诸多传统电池难以胜任或面临挑战的应用场景中，成为了一种持久且不可或缺的能源解决方案。
近日，苏州大学的团队联合苏州大学纳米科学技术学院、西安高新技术研究所、西北核技术研究所、湘潭大学等机构院校的研究人员，提出了一种基于“内置能量转换器”的锕系微型核电池结构设计理念。这一创新设计通过将锕系元素与发光镧系元素在分子层级进行耦合，实现了放射性核素衰变能到光能转换效率近8000倍的提升，并组装出了目前已知效率最高的辐光伏核电池。
新型锕系微型核电池的结构设计理念示意图
锕系核素尤其是超铀核素如241Am/243Am具有超长的半衰期(243Am半衰期为7950年，241Am半衰期为432.2年)和高达兆电子伏特的α（alpha）衰变能，在核废料中会长期产生放射毒性，但也正因其这些特性促使了研究人员探索开发锕系微型能源的可能性。
不过，在传统的微型核电池构型中，严重的自吸收效应阻碍了锕系α衰变能的转换，导致高效的锕系放射性同位素微核电池难以被开发。为此，该团队提出了“内置能量转换器”的锕系微型核电池结构，将锕系核素243Am和发光镧系元素Tb3+共组装成晶态配位聚合物，从而实现了放射性核素与能量转换单元在分子层级的耦合。
据悉，与传统结构相比，这种新结构从α衰变能量到持续自发光的能量转换效率提高了8000 倍，研究人员将其与光伏电池相结合开发了一种全新的锕系微型辐光伏核电池，实现了目前破纪录的0.889%的总能量转换效率和139 μW·Ci-1的单位活度功率，同时，该微型核电池在持续运行200小时内，性能参数几乎没有衰减。
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