千年不换电池？核电池产业化前夜已至
十四五以来，核电池政策环境持续优化。《核技术应用产业高质量发展三年行动方案（2024—2026年）》将放射源与核电池列为重点方向。2025年中央经济工作会议提出培育发展未来能源，以前瞻性战略眼光布局氢能、核聚变等前沿领域。2026年政府工作报告首次写入“未来能源”，明确聚焦核能、核聚变、氢能、生物质能等领域，建立未来产业投入增长和风险分担机制。“十五五”规划纲要提出推动氢能和核聚变能成为新的经济增长点。《新型电池产业发展“十五五”规划》将核电池纳入前瞻布局的新一代电池体系。政策体系已形成从中央到地方、从研发到产业化的多层次支撑格局。
1、行业概况
（1）核电池的基本定义
核电池，学名为放射性同位素电池，其本质是一种将放射性核素衰变过程中释放的能量转化为电能的物理电源装置。它不依赖化学反应，也不依赖外部环境条件，而是利用放射性同位素自然衰变时释放的高能粒子或射线，通过特定换能机制将其转化为电能。从能量来源看，核电池与核反应堆存在本质区别：核反应堆通过可控链式裂变释放巨大能量，功率可达兆瓦级以上；核电池的能量来源于同位素的自然衰变，功率极低但持续时间极长。
（2）核电池的分类体系
按能量转换方式，核电池分为热转换型和非热转换型两大类。热转换型即放射性同位素温差电池，利用衰变热能通过热电效应转换为电能，技术最为成熟，广泛应用于深空探测任务。非热转换型包括贝塔伏特电池、辐射伏特效应电池、辐致光伏效应电池等，直接将衰变粒子能量转换为电能，结构更紧凑，适合微型化应用。按核能来源，核电池还可分为放射性同位素电池和核反应堆电池两大类，前者是当前产业化应用的主流路线。
（3）术语标准与规范化进展
核电池领域长期缺乏统一的术语标准，不同技术路线和文献中使用的概念存在差异。2025年，中国化学与物理电源协会启动《放射性同位素核电源：术语》团体标准立项，系统规范了放射性同位素核电源全生命周期涉及的核心术语定义，涵盖辐射伏特电池、热光伏转换器等器件类型以及输出功率等性能参数。同期发布的T/BYXT 160-2025《稀土核电池通用技术要求》则对电池的基本构成作出规定，明确电池应至少包含同位素源芯、能量转换层、屏蔽与包容系统、热管理系统及电输出接口。这些标准化工作的推进，标志着核电池行业正从实验室研究阶段向产业化阶段过渡。
（4）核电池行业发展历程
核电池行业发展历程分析
资料来源：普华有策
2、技术水平及特点
（1）核心技术特征
核电池技术的核心特征可概括为“三高一低”。高寿命方面，碳-14半衰期约5730年，钚-238约87.7年，氚约12.3年，电池的理论寿命由半衰期决定，这一特性使其在需要长期免维护供电的场景中具有不可替代性。高能量密度方面，单位体积或质量的能量存储远超化学电池，使得核电池可以在极小体积内提供持续数十年的电力。高环境适应性方面，核电池可在深海高压、极地低温、太空真空等极端条件下稳定运行，不依赖外部氧气或光照。碳-14核电池可在零下100摄氏度至200摄氏度极端温度区间稳定工作。低功率输出是核电池的根本瓶颈，当前微瓦至毫瓦级的输出功率使其无法驱动高功耗设备，这从根本上限制了其进入大众消费市场的可能性。
（2）前沿技术方向
碳-14金刚石电池是当前最具产业化前景的技术路线之一。碳-14掺入人造钻石晶体结构，β粒子能量低、易于屏蔽，衰变产物为稳定的氮-14，兼具能量转换与辐射屏蔽双重功能。碳-14可从核反应堆石墨块中回收，将核废料转化为能源。宽禁带半导体换能器方面，碳化硅、氮化镓等材料显著提升辐射伏特转换效率与耐候性。聚结型能量转换器架构通过分子级放射源与换能单元耦合消除自吸收效应，是提升转换效率的重要方向。金刚石核微电池的研发正在推进，目标是为自主免维护设备供电，满足未来自供电物联网和商业航天应用的需求。
（3）AI技术的赋能效应
AI技术正在加速核电池研发进程。AI驱动的材料发现与器件设计优化，缩短了从实验室到产业化的周期。在材料层面，AI可以预测不同同位素与换能材料的组合性能，大幅减少实验试错成本。在器件层面，AI辅助的仿真模拟可以优化换能器结构设计，提升能量转换效率。核电池作为AI算力基础设施的长寿命电源，构成双向赋能格局。AI数据中心对持续、稳定、免维护电源的需求，为核电池开辟了全新的应用空间。中国科研团队测试的车载核能系统样机可支撑人工智能算力与数据中心运行，是核电池与AI产业融合的典型实践。
3、竞争格局
（1）全球竞争格局概览
全球核电池市场处于从政府主导研发向商业化应用过渡的关键阶段。主要参与者包括City Labs、Zeno Power、NDB Inc.、Widetronix、Arkenlight、Infinity Power等国际企业，以及甘肃烛龙科技、凤麟核集团/超微时代、北京贝塔伏特新能科技、无锡贝塔、中国核工业集团等中国企业。全球具备批量供货能力的企业数量有限，行业集中度较高。竞争的核心要素正在从技术可行性向工程化能力和场景验证能力转移，能够率先完成从实验室到产业化跨越的企业将占据先发优势。
（2）国际头部企业动态
City Labs是全球氚电池技术先驱，2026年通过SpaceX发射全球首颗商业核动力卫星BOHR，并获DARPA合同支持，在氚电池细分市场保持技术领先地位。Zeno Power累计融资超1.3亿美元，已获NASA、美国海军、美国太空军超6000万美元合同，计划在加州建立核电池制造厂，其Harmonia核电池已通过最终设计评审，商业化路径清晰。NDB Inc.专注金刚石核电池技术，其子公司AtomiQ发布核电池与LoRaWAN传感器网络融合白皮书，在物联网应用方向形成差异化定位。Widetronix为DARPA“Rads to Watts”计划核心参与者，负责放射性伏特转换器架构设计。Arkenlight源自布里斯托大学金刚石电池专利技术，与法国Axorus合作探索人工神经元供电应用。II-VI Marlow（现属Coherent Corp.）与Teledyne Energy Systems为RTG热电模块核心供应商。韩国KERI于2026年首次演示基于碳化硅半导体的镍-63 β电池，在亚太区域形成新的竞争力量。
（3）中国头部企业动态
甘肃烛龙科技在碳-14核电池领域实现全链条自主化，已与中国同辐、中核秦山同位素等五家企业签署战略合作协议，共建“科研攻关—产品定型—场景试用—标准制定—规模生产—废料回收”完整产业闭环。凤麟核集团/超微时代完成微瓦级至瓦级样机研发，2026年发布微型同位素电池产品，可在零下50摄氏度至150摄氏度极端环境下运行，设计寿命20年，其免维护、无人值守、极端环境适配的核心能力将为物联网、植入式医疗、深空探测、深海装备等战略领域提供微能源解决方案。北京贝塔伏特新能科技研制的BV100微型原子能电池基于镍-63同位素和金刚石半导体，在民用核电池领域具有先发优势。无锡贝塔与西北师范大学联合研制国内首款碳-14核电池“烛龙一号”。中国核工业集团为上游同位素供应核心央企，旗下中核高通正在开展基于GaN和SiC宽禁带半导体的β辐伏核电池关键技术研究，在产业链上游占据关键位置。
核电池行业竞争格局重点玩家
资料来源：普华有策
格局判断
当前核电池竞争格局的核心分化不在“谁的市场份额更大”，而在技术路线与场景绑定的深度。RTG路线（Teledyne/Coherent）依托深空任务的刚性需求维持任务级供应地位，但商业化弹性极低；氚电池（City Labs）率先跑通了商业航天在轨验证，但功率天花板锁定了其场景边界；Zeno Power以政府合同和专用制造厂为杠杆，试图在同位素系统集成层面建立可规模化的交付能力；中国碳-14路线（烛龙科技）和微型同位素电池路线（超微时代）则处在“工程化已完成、场景验证刚起步”的窗口，其竞争力将取决于未来1—2年内能否在具体场景中形成可复制的交付记录。金刚石路线（NDB Inc.、贝塔伏特）的专利与产品声量领先，但量产确认和场景落地仍是分水岭。2026—2028年，竞争焦点将从技术可行性转向“首批可重复交付能力”的验证。
4、行业发展机遇分析
（1）深空探测与商业航天市场持续扩张
月球基地建设、火星采样返回、外行星探测任务持续推进，对长寿命、高可靠性电源形成刚性需求。商业航天的发展进一步降低了核电源的集成成本，全球首颗商业核动力卫星的成功入轨标志着商业航天核电源市场正式开启，为核电池企业提供了新的市场空间。
（2）医疗植入设备升级带动微型核电池需求
心脏起搏器、神经刺激器、脑机接口等植入式医疗设备对长寿命微电池的需求持续增长，核电池的免更换特性可避免频繁更换电池的手术风险，在医疗领域具有不可替代的价值。随着人口老龄化加剧和医疗技术升级，这一市场的规模将持续扩大。
（3）物联网与分布式传感创造规模化市场空间
万亿级传感器网络需要免维护电源方案，核电池可支撑大规模传感器网络在无人值守环境下的长期运行，与LoRaWAN等低功耗广域网技术的融合正在开辟全新的应用模式。这一市场的规模化将推动核电池从特种电源向标准化产品演进。
（4）AI数据中心供电开辟全新应用场景
AI算力爆发推动数据中心电力需求激增，核电池作为分布式供能方案具有重要的战略价值。车载核能系统样机的测试展示了核电池在AI基础设施领域的应用潜力，这一新兴需求正在成为核电池产业新的增长极。
（5）核废料高值化利用形成绿色产业闭环
碳-14核电池将核电站裂变副产物转化为能源，为核废料处理提供新思路，同时降低了原料成本，形成“核废料回收—同位素提纯—核电池制造—清洁能源供给”的绿色产业闭环，具有显著的环境效益和经济效益。
5、行业面临的挑战分析
（1）功率输出极低制约应用范围
核电池的输出功率通常在微瓦至毫瓦级，无法满足手机、汽车等高功耗设备的需求，这从根本上限制了其进入大众消费市场的可能性。功率提升需要材料科学和器件工艺的持续突破，短期内难以实现数量级的跃升。
（2）成本居高不下阻碍产业化进程
放射性同位素的制备与提纯成本极高，精密制造与封装工艺复杂，缺乏规模经济效应，使得核电池的单价远高于传统化学电池，制约了其商业化推广。成本下降需要产业链各环节的协同优化和规模化生产的实现。
（3）监管框架碎片化增加合规成本
各国核安全监管体系差异显著，供应商必须投资于多个认证流程，医疗器械ISO 13485认证与核安全双重合规要求进一步增加了企业的合规负担和时间成本。监管协调的进展缓慢，短期内难以形成统一的国际标准。
（4）供应链安全风险突出
钚-238、镅-241等同位素的全球供应高度集中，部分关键原料依赖进口，供应链面临地缘政治风险和出口管制的不确定性，供应中断可能对产业化进程造成严重影响。建立多元化的供应渠道需要长期投入和国际合作。
（5）公众认知障碍制约市场接受度
公众对核技术的天然恐惧和误解是核电池民用化的一大社会障碍，安全沟通与科普教育需要长期投入，社会接受度的提升是一个渐进过程。核电池企业需要在产品设计和市场沟通中充分考虑公众关切，建立透明、可信的安全形象。
北京普华有策信息咨询有限公司《2026-2032年核电池行业专项调研及发展前景趋势预测报告》围绕核电池行业展开系统分析，从定义分类与技术谱系入手，梳理了热转换型RTG与非热转换型贝塔伏特电池两条技术路线的演进逻辑。报告覆盖全球及中国市场供需格局，重点分析航天深空探测、医疗植入设备、物联网分布式传感三大核心场景，并对细分产品规模与区域结构作出前瞻判断。政策层面，报告解读了2025年中央经济工作会议“未来能源”战略部署、2026年政府工作报告首次写入“未来能源”的政策信号、“十五五”规划纲要中核能的前瞻定位，以及《核技术应用产业高质量发展三年行动方案》对放射源与核电池的重点支持。竞争格局章节分析了City Labs、Zeno Power、NDB Inc.等国际企业及甘肃烛龙科技、凤麟核集团等中国企业的核心竞争力。前瞻性布局部分聚焦AI数据中心供电、商业核动力卫星、低空经济电源等新场景，探讨核电池与新质生产力、未来产业的融合路径。