DARPA资助新型核能电池研发
摘要
摩根州立大学牵头的美国多机构团队获DARPA 337万美元合同，开发基于碳化硅PIN半导体的新型放射性伏特电池。该系统直接从乏燃料中回收的锶-90和钇-90捕获β辐射发电，绕过传统热转换，目标实现功率密度的阶跃式提升，可为深空探测、水下设施和军事传感器提供数十年免维护电源。
由摩根州立大学(Morgan State University)牵头的一个美国多机构团队，与航空航天和国防技术公司诺斯罗普·格鲁曼(Northrop Grumman)、太平洋西北国家实验室(PNNL)以及核能公司Project Omega合作，获得了美国国防先进研究计划局(DARPA)“Rads to Watts”计划授予的一份价值337万美元的合同。
该计划的核心是开发一种新型放射性伏特电池装置，能够显著提升功率密度，即每单位质量装置所产生的功率，以瓦特每千克(W/kg)计量。在保持长运行寿命的同时实现高功率密度，有望开启全新的能力。
应用研究联合公司(ARA)和Widetronix通过相关的SYMPHONEE项目参与其中。它们在摩根州立大学的学术研究与DARPA所要求的工业规模制造之间架起了关键的桥梁。
SYMPHONEE——面向极端环境的锶-钇多结PIN基高密度输出纳米系统——是在DARPA“Rads to Watts”合同下执行的具体技术项目名称。该项目采用多结碳化硅(SiC)PIN半导体结构，以实现功率密度最大化。
该系统绕过了传统的热转换方式，直接从乏燃料和冷战遗留核废料中回收的β辐射同位素——锶-90和钇-90——捕获β辐射并转化为电能。
该项目将执行工作分配给各专业机构：PNNL负责辐射耐受性和转换效率的实验室验证；诺斯罗普·格鲁曼主导AI驱动的模拟仿真、高性能计算以及强辐射通量下的生存能力分析；Project Omega负责从核废料中进行战略性同位素的化学分离和提取；ARA和Widetronix提供专业技术支持，制造旨在防止辐射诱发退化的超薄半导体层。
主要目标是实现瓦特每千克(W/kg)指标的阶跃式提升。由此产生的免维护“核能电池”旨在为深空探测器、自主水下基础设施和偏远战术军事传感器供电数十年，无需换料。
“摩根州立大学很荣幸能牵头这项工作，”该项目技术负责人迈克尔·斯宾塞(Michael Spencer)教授表示，“我们的团队正在突破放射性伏特电池技术的边界，开发出此前无法实现的高功率、长寿命系统。通过整合先进材料、器件工程和核科学，我们正在为面向极端环境的新一代持久电源系统奠定基础。”
Project Omega首席执行官兼创始人斯塔福德·希恩(Stafford Sheehan)博士指出：“我们的使命是将历史上被视为废物的东西转变为战略性能源资产。‘Rads to Watts’清楚地展示了回收的同位素如何为关键系统供电多年，而无需管理持续更换电池的后勤保障。”
诺斯罗普·格鲁曼正在加速设计优化，实现复杂材料和器件配置的快速迭代。“持久电源是下一代国防系统的基础性需求，该计划致力于提供弹性强、持续时间长的能源解决方案，能够在传统系统无法运行的环境中发挥作用，”诺斯罗普·格鲁曼晶圆制造、先进封装和测试总监马特·希克斯(Matt Hicks)表示，“我们的目标是不断颠覆自己的技术，在传承的基础上为未来转型。”
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