摘要：2025年3月，无锡贝塔医药科技有限公司与西北师大联合发布的“烛龙一号”碳14核电池引发广泛关注。

——从“千年电池”的物理限制说起

2025年3月，无锡贝塔医药科技有限公司与西北师大联合发布的“烛龙一号”碳14核电池引发广泛关注。

这款拇指大电池的理论寿命可达数千年，但其短路电流仅282纳安（nA），输出电压2.1伏（V），最大功率433纳瓦（nW）。有网说了，这样的电流参数太小了，连只蚂蚁估计都搞不定，又如何能正常使用呢？

不过这看似“微弱”，甚至不如普通纽扣电池的核电池，背后既有其科学原理的限制，也有设计目标权衡的。

一、碳14的“先天不足”特点：低能量与低效率

碳14核电池，利用放射性同位素衰变释放的β粒子（电子）发电。但碳14的β粒子能量极低——单个电子平均能量仅50千电子伏（keV），最高能量也只有156 keV，大约是普通AA电池单次放电能量的1/百万。

1\①能量转化门槛高：半导体材料（如碳化硅）需要β粒子具备足够能量才能激发电子-空穴对。碳14的电子“力气小”，仅有部分能跨过材料的“能量门槛”，导致转化效率仅8%。

②衰变速度慢：碳14的半衰期长达5730年，单位时间内衰变的原子数极少，好比“每秒只滴几滴水”，自然无法形成大电流。

下面与传统的锂电池与老美的NASA核电池做个数据的对比：

传统锂电池：电流可达数安（A），功率数瓦（W）；

钚-238核电池（如NASA火星车用）：功率百瓦级，寿命数十年。

二、C14核电池的技术挑战：电子“运输”损耗大

即使碳14释放电子，这些电子也难以被高效利用，原因有二：

1是自吸收效应：β粒子从C14材料内部向外逃逸时，会被自身材料阻挡，仅有表面附近的电子能参与发电。

2是结构限制：电池体积微小（如硬币大小设计目标），C14的装载量有限，进一步限制了总电流。

所以，这就像用漏勺接水——大部分水（电子）从缝隙流走，只有少量能被收集。

三、拇指状C14核电池的设计目标：要“长寿”还是“大力”？

碳14核电池的核心优势是超长寿命与极端环境的适应性，而非瞬时功率，要优保如下3特点：

①寿命优先：普通心脏起搏器电池5-10年需更换，而“烛龙一号”设计寿命50年，性能衰减率小于5%，适合植入式医疗设备。

②极端环境适用：可在-100℃至200℃工作，支撑月球、火星探测器的长期供电。

③取舍结果：牺牲电流强度，换取数千年理论寿命和免维护特性。

四、那么，正常核电池如何才能满足正常的需求呢？

如果需更高功率的核电池，则需从以下3方向寻求突破：

1. 换同位素： ①钚-238：释放高能α粒子，功率达百瓦级（如NASA火星车），但半衰期仅87.7年，适合10-50年任务。 ②锶-90：β粒子能量更高，但半衰期28.8年，需权衡寿命与功率。

2. 提升效率： 用金刚石等宽禁带半导体，单电子发电量更高。

3. 结构优化：多孔薄膜或纳米线设计，减少自吸收损耗。

所以，根据不同的应用场景，需配置不同的核电池：

①对低功耗需求的：物联网传感器、心脏起搏器用C14核电足够了；而对于②高功耗需求：深空探测器、火星车，则需配置钚-238等大功率同位素。

本文的主要参考文献：

1. 无锡贝塔医药科技有限公司发布会声明，"烛龙一号"技术参数与应用前景，2025-03-11。

2. Liu, B. et al."Carbon-14 based betavoltaic cells: Principles and challenges."

Journal of Applied Physics, 2020（能量转换原理）。

3. NASA技术报告

"Radioisotope Power Systems for Space Exploration."

2021（钚-238核电池对比数据）。

4. 国际原子能机构（IAEA）

"Safety Standards for Radioisotope Power Sources."

IAEA Safety Series No. GSR-9, 2014（核电池安全规范）。

来源：雨德看世界