新世代的創新能量，韓國團隊打造新世代「Perovskite Beta-Voltaic Cell」：自發電 100 年不間斷，醫療與太空應用再進化
- SammiChiu
- 7月24日
- 讀畢需時 3 分鐘
結合碳‑14 奈米粒子與高效鈣鈦礦結構，實驗證實電子遷移率飆升 56,000 倍，創下核微電池應用新里程碑
來自韓國大邱慶北科學技術院 DGIST 的最新研究成果，揭示未來自發電裝置的全新可能，DGIST能源科學與工程系尹秀一教授團隊於今年 7 月宣布，成功開發出一款採用放射性碳-14（C‑14）與鈣鈦礦材料的貝塔伏打電池(Beta-Voltaic Cell)。該裝置可透過碳-14 釋放出的 β 粒子激發電子流，實現100 年以上的穩定發電，並將此能源技術推向極端環境應用，例如太空探測器、醫療植入裝置與極低功耗感測器。
從 10% 躍升至 2.86% 的轉換效率
貝塔伏打電池(Beta-Voltaic Cell)向來因轉換效率與穩定性問題受到限制，韓國團隊透過材料工程實現重大突破，選擇具有較佳穩定性的FAPbI₃（甲脒鉛碘）鈣鈦礦晶體作為核心結構，並在製程中引入 MACl 和 CsCl 兩種氯化物作為雙添加劑，大幅改善晶體結構缺陷與穩定性。
根據實驗結果，該研究中的電池轉換效率自傳統的 10% 躍升至 2.86%（針對β粒子能量），為目前已知最高效率的貝塔伏打裝置之一。
全天候自發電，實現「無光照能源系統」
不同於太陽能電池仰賴外部光照，本次裝置以碳-14 放射源內建於電池內部，釋出低能量 β 粒子（平均能量 49 keV），進入鈣鈦礦吸收層後激發電子–電洞對，產生穩定電流。
由左至右分別為碳-14 奈米粒子釋出 β 粒子，穿透改良型鈣鈦礦層，進行電子激發與收集。該設計融合雙電極與絕緣阻隔層，確保高效率與長期穩定性。
電子遷移率提升 56,000 倍，解決低效率瓶頸
傳統貝塔伏打電池(Beta-Voltaic Cell)效率低落的主因之一為內部載子移動速率緩慢。本次研究透過 MACl 和 CsCl 雙添加技術成功穩定 FAPbI₃ 的 α 相結構，大幅提升材料的電子遷移率，從原始數據約 10^-6 cm²/V·s 提升至 0.56 cm²/V·s，相當於提升 56,000 倍之多。
太空與醫療植入裝置應用浮現
碳-14 的放射性半衰期為 5730 年，研究團隊設計的裝置可穩定發電超過百年，並維持 μW 等級低功耗輸出，極適合應用於：
心律調節器、感測器、植入式醫療設備
太空探測器、深海浮標、極地感測器
不易維修或極端環境下的關鍵電力模組
韓國 DGIST 教授 Kim Dae-Hwan 表示：「這項技術的成熟，將使未來微型裝置無需更換電池，實現真正長壽命的能源自主系統。」
全球首例「高效率鈣鈦礦‑β 電池」，能源技術的新篇章
此次成果發表於英國皇家化學會旗下期刊 Chemical Communications，不僅為全球首例成功結合「鈣鈦礦材料」與「放射性電源」的案例，也為低功耗、長時效電源提供了嶄新架構。
該團隊也表示未來將推進商品化與模組整合應用，針對更小尺寸與安全包覆層進行開發，擴展其產業化潛力。
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