一種直接收集-光電-熱電復合式同位素電池及制備方法

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于同位素電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種直接收集-光電-熱電復合式同位素電池；本發(fā)明還涉及一種直接收集-光電-熱電復合式同位素電池的制備方法。

背景技術(shù)

原子核成分（或能態(tài)）自發(fā)地發(fā)生變化，同時(shí)放射出射線(xiàn)的同位素稱(chēng)為放射性同位素。放射性同位素電池，簡(jiǎn)稱(chēng)同位素電池，它是利用換能器件將放射性同位素衰變時(shí)釋放出射線(xiàn)的能量轉換成電能輸出，從而達到供電目的。由于同位素電池具有服役壽命長(cháng)、環(huán)境適應性強、工作穩定性好、無(wú)需維護、小型化等優(yōu)點(diǎn)，目前已在軍事國防、航天航海、極地探測、生物醫療、電子工業(yè)等重要領(lǐng)域被廣泛應用。

同位素電池首先由英國物理學(xué)家Henry Mosley于1913年提出，而有關(guān)同位素電池的研究主要集中在過(guò)去的100年，蘭州大學(xué)周毅等人結合不同換能方式下同位素電池換能效率高低與輸出功率大小將同位素電池的換能方式分成了四類(lèi)：①靜態(tài)型熱電式（直接收集、溫差電/熱電、熱離子發(fā)射、接觸電勢差、熱光伏、堿金屬熱電轉換）同位素電池；②輻射伏特效應（肖特基、PN/PIN結）同位素電池；③動(dòng)態(tài)換能方式（布雷頓循環(huán)、斯特林循環(huán)、朗肯循環(huán)、磁流體發(fā)電、外中子源驅動(dòng)式）同位素電池；④特殊換能機理（輻射發(fā)光、衰變LC電路耦合諧振、宇宙射線(xiàn)/電磁波收集、壓電懸臂梁、磁約束下β粒子電磁輻射、磁分離式、輻射電離、射流驅動(dòng)壓電式）同位素電池。

上述四類(lèi)同位素電池的研究結果表明，能量轉換效率低仍是目前同位素電池的共性所在。靜態(tài)型熱電式同位素電池的發(fā)展主要得益于國家層面的研究開(kāi)發(fā)，特別是溫差式同位素電池（radioisotope thermoelectric generators, RTG）的設計與制造目前在美國已日趨完善，但其基于熱電材料換能電池能量轉換效率較低，即便NASA最新報道的增強型多任務(wù)溫差式同位素電池（enhanced multi-mission radioisotope thermoelectricgenerators, eMMRTG）的換能效率也不足10%，因而其使用范圍十分有限、民用化過(guò)程較為困難。輻射伏特效應同位素電池以半導體材料為換能單元，可實(shí)現同位素電池器件小型化，擴大了同位素電池的應用范圍，且隨著(zhù)材料科學(xué)的飛速發(fā)展取得了一定的研究成效，但輻射伏特效應同位素電池存在射線(xiàn)長(cháng)期輻照下半導體材料性能退化的問(wèn)題，降低了輻射伏特效應同位素電池的使用壽命。

通過(guò)對比靜態(tài)型熱電式同位素電池和其他類(lèi)型同位素電池的換能方式可知，采用技術(shù)成熟的直接收集、光電、熱電技術(shù)并進(jìn)行多層耦合實(shí)現梯級換能，有望大幅提高靜態(tài)型熱電式同位素電池的能量轉換效率與功率密度。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的第一技術(shù)問(wèn)題在于提供一種直接收集-光電-熱電復合式同位素電池，該同位素電池能夠突破傳統靜態(tài)型同位素電池存在單一換能、能損較大的技術(shù)瓶頸，具有能量轉換效率高、輸出功率大、工作穩定性好等特點(diǎn)。本發(fā)明要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題在于提供一種直接收集-光電-熱電復合式同位素電池的制備方法。

技術(shù)負責人： 張世旭 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院