終結充電焦慮！韓研發革命性核電池，靠「鈣鈦礦」與「碳同位素」供電數十年

隨著電子設備走向微型化與自主化，對長效、免維護電源的需求日益迫切。韓國科學家近日發表一項革命性突破，成功開發全球首款結合「鈣鈦礦」材料與「碳-14」同位素的混合射線電池。這項技術能將放射性同位素的能量直接轉換為電力，無需充電即可提供長達數十年的穩定續航力，為太空探索、植入式醫療設備及物聯網等領域帶來顛覆性的能源解決方案。

技術突破：混合設計開啟能源新紀元

這項由韓國大邱慶北科學技術院（DGIST）能源科學與工程學系教授 Su-Il In 領導的團隊所開發的新型電池，其核心在於創新的「混合量子射線」設計。

傳統射線電池（betavoltaic cell）是利用半導體捕捉放射性同位素（如碳-14）衰變時釋放的β粒子（高能電子）來發電。然而，其能量轉換效率一直以來都是技術瓶頸。DGIST團隊透過三大創新克服了此障礙：

1. 量子點電極：將碳-14以量子點的形式嵌入電極，大幅提升電子產生效率，其產生的電子數量可達初始β粒子發射量的56萬倍。

2. 優化鈣鈦礦吸收層：首次將高效的鈣鈦礦材料作為能量吸收層，並利用甲胺鹽酸鹽（MACl）與氯化銫（CsCl）等添加劑精確調控其晶體結構，大幅改善電荷傳輸路徑，使電子遷移率較傳統設計提升了驚人的56,000倍。

3. 直接連接結構：實現放射性同位素電極與鈣鈦礦吸收層的直接連接，減少了能量在傳導過程中的損耗。

在連續9小時的運行測試中，這款新型電池展現了卓越且穩定的功率輸出，證實了其商業化的巨大潛力。

超長續航力的廣泛應用前景

相較於壽命短且易受環境影響的傳統鋰電池，這種新型核電池具備無可比擬的優勢，特別適合應用於無法頻繁更換電源的極端環境。

• 植入式醫療設備：對於心律調節器、胰島素泵等植入體內的醫療設備，這項技術可提供終身電力，免除患者因更換電池而需再次手術的痛苦與風險。其釋放的β粒子能量低，無法穿透人體皮膚，具備高度生物安全性。

• 太空與極端環境：鈣鈦礦材料本身對宇宙射線中的質子輻射具有優異的耐受性，使其成為深太空探測器、衛星及深海設施的理想電源。

• 物聯網與自主系統：在智慧城市、工業4.0等場景中，數以億計的微型感測器需要長期自主運作，新型電池能為其提供穩定可靠的動力來源，真正實現「永不關機」的物聯網。

優勢顯著，挑戰仍存

儘管前景光明，這項技術要走向大規模商業化仍面臨挑戰，包括放射性同位素的取得成本較高、相關法規的嚴格監管、以及目前功率輸出仍偏低等問題。此外，大眾對於「核」技術的接受度也是未來市場推廣需要克服的障礙。

儘管如此，研究團隊對未來充滿信心，正積極加速商業化進程，並持續進行電池的微型化研究與技術轉移，目標是將功率輸出提升至瓦特級別，滿足更廣泛的應用需求。

這項發表於國際頂尖期刊《化學通訊》（Chemical Communications）的研究成果，不僅標誌著能源技術的重大里程碑，也為解決未來能源安全、推動尖端科技發展提供了強而有力的支持。一個無需再為充電而焦慮的時代，或許正悄然來臨。

參考資料

• Stein, E. (2025, June 20). World’s First Hybrid Betavoltaic Cell Promises Decades of Power Without Charging. TechNews.

• Stein, E. (2025, June 20). 首款基於鈣鈦礦、碳同位素的混合射線電池，一次提供數十年續航力. TechNews.

• DGIST (Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology). (2025). Press Release: Development of the World's First Hybrid Quantum Betavoltaic Cell.

• Kim, S. et al. (2025). A hybrid quantum betavoltaic cell comprising carbon-14 quantum dots and a perovskite absorber. Chemical Communications.

• Market Research Future. (2024). Nuclear Battery Market Research Report.

• Aerospace Research Central. (2020). Proton radiation effects on perovskite solar cells. AIAA Propulsion and Energy Forum.