日本开发全球首例基于铀的可充电电池
日本原子能研究开发机构（JAEA）3 月 13 日发文，宣布成功研制全球首个以铀为负极活性物质的蓄电池，相关专利已于 2024 年 11 月 29 日提交申请（JP2024-209096）。
日本开发全球首例基于铀的可充电电池，这一发展预计将推动贫铀的再利用，这一消息引发了广泛关注。
铀是一种重金属，天然具有放射性，通常用于核反应堆燃料或武器制造。贫铀是浓缩铀过程的副产品，其铀-235同位素含量低于0.711%，放射性较低，但仍具毒性。传统上，贫铀多用于辐射屏蔽、平衡重物或军事弹药，如穿甲弹。然而，近期研究探索将其应用于电池技术，特别是在电极材料领域。
一项来自肯塔基大学的项目“贫铀电池的初步开发”指出，二氧化铀（UO₂）因其高反应性与锰 dioxide 类似，可能适合二次电池（即可充电电池）的制造。该研究提到，UO₂ 可能提供高达4.7伏的电位，远高于传统铅酸电池的2伏，理论上可显著提升电池能量密度。
日本在电池技术领域具有悠久历史，尤其是在锂离子电池的开发上，如1985年由日本化学家吉野彰领导的锂钴氧化物电池原型。近年来，日本继续在固态电池和后锂离子技术上投入巨资，例如2024年政府补贴超过6.6亿美元支持全固态电池研发。
日本作为核能大国，拥有完善的核燃料循环体系，包括浓缩和再处理设施。开发基于铀的电池可能为日本提供一种创新方式，利用现有核废料资源。例如，电池可能使用贫铀作为电极材料，延长使用寿命并减少对稀有金属（如锂或钴）的依赖。这种方法可能特别适合日本的能源战略，特别是在其2050年碳中和目标下，推动电动车和储能系统的可持续发展。
然而，基于铀的电池面临显著的健康和环境挑战。铀的放射性和毒性使其在民用产品中的应用受到严格监管。例如，吸入或摄入贫铀可能损害肾脏，并因其α粒子辐射而增加体内健康风险。尽管二氧化铀的放射性较低，但其在电池中的长期稳定性、安全性仍需深入研究。
此外，生产和处置此类电池可能涉及复杂的辐射防护措施，增加制造成本。公众对核能的负面看法也可能阻碍其商业化，例如，核电池的历史应用多限于航天器和心脏起搏器，公众接受度较低。
基于铀的电池的开发可能引发政策和伦理争议。一方面，其再利用贫铀的潜力可能获得支持，特别是在核废料管理方面。另一方面，其军事用途（如贫铀弹药）引发了健康和环境正义的担忧，例如伊拉克战争中使用贫铀弹药导致的癌症增加报告 。日本作为核能和和平利用核技术的倡导者，可能需要在国际社会中平衡这一技术的推广与潜在的负面影响。
如果日本确实实现了这一突破，其影响可能包括：
- 提升电池能量密度，适用于电动车和储能系统。
- 减少核废料的储存需求，促进循环经济。
- 引发新的国际合作与监管框架，特别是在核材料民用化方面。
以下是传统锂离子电池与潜在基于铀电池的对比，基于现有研究推测：
| 特性 | 锂离子电池 | 基于铀的电池（理论） |
|---|---|---|
| 能量密度（Wh/kg） | 150-250 | 可能高达500（因UO₂高电位） |
| 电压（V/单元） | 3.6-3.7 | 可能达4.7（UO₂研究） |
| 可充电性 | 是 | 是（假设为二次电池） |
| 原材料来源 | 锂、钴、镍（稀缺） | 贫铀（核废料再利用） |
| 环境风险 | 生产中钴开采问题 | 放射性与毒性需管控 |
| 应用场景 | 手机、电动车 | 可能用于高能量需求储能系统 |
日本可能已开发出基于铀的可充电电池，利用贫铀作为电极材料，预计推动其再利用。这一发展若属实，将是电池技术与核废料管理的创新结合，但其商业化需克服安全、成本和公众接受度等多重挑战。未来，国际合作与监管将至关重要，确保其环境与社会效益最大化。
