[發明專利]一種高輸出能量的復合同位素電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201110256193.3
• 申請日: 2011-08-31
• 公開（公告）號: CN102306511A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 姜瀾;李大讓;尹建華;林奈;王聰
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G21H1/06
• 分類號: G21H1/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種高輸出能量的復合同位素電池及其制備方法，屬于微機電系統中能源領域。

背景技術

近年來，人們對微小型機電系統的研究異?；钴S。微能源是微系統發展中的一個瓶頸問題，研究高效、長壽命的微能源是微系統發展中一直追求的目標。世界各國都相繼開展了微能源的研究工作，制作出許多微能源。如微型燃料電池、微型內燃機系統、微型太陽能電池、微型同位素微電池等。同位素微能微電池則顯示出其特有的優勢，如體積小(微米量級)、壽命長(可達十幾甚至幾十年)、穩定性好，能量密度高等優點，成為微能源系統研究的一個新方向。

為了獲得具有高的輸出能量的同位素微電池，研究者嘗試了多種半導體材料，如硅、多孔硅等常規半導體，以及各種高禁帶的半導體，如SiC，4H-SiC，InGaP等，理論上高禁帶半導體PN結在輻照下可具有更高的輸出電壓，因此相對于常規半導體Si等材料可以獲得更高的輸出能量，但是其輸出的能量無法滿足實際需求。

與此同時，為了獲得高輸出能量的同位素微電池，研究者還研究了多種能量轉換結構，如現階段研究最廣泛的基于β伏特效應的PN結能量轉換結構和基于壓電效應的懸臂梁振動結構，以及基于液體半導體的能量轉換方式。其中基于β伏特效應的PN結能量轉換方式由于放射源和半導體材料選擇的限制輸出能量較低；基于壓電效應的懸臂梁振動結構雖然輸出能量有所提高，但是容易受到外界環境的影響；液體半導體的能量轉換方式是一種提高同位素電池輸出能量的有效方法，但是現階段的液體同位素電池是在液體半導體中摻雜放射性同位素顆粒，由于需要考慮液體半導體和同位素的晶格是否匹配問題，所以限制了二者的選擇，同時摻雜濃度也不能太高，這樣就大大縮小了同位素電池的輸出能量，無法達到實際需求。

發明內容

本發明的目的是為了獲得具有更高輸出能量和能夠滿足實際需求的同位素微電池，而提出了一種高輸出能量的復合同位素電池及其制備方法。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

本發明的一種高輸出能量的復合同位素電池，包括：液體半導體、放射性同位素金屬、PN結。

所述的液體半導體為常見的液體半導體材料，如Se、As、Te以及其化合物等。

所述的放射性同位素金屬為功函數≥4.5eV的金屬，如Ni、Au等。該放射性同位素金屬為該高輸出能量的復合同位素電池的放射源。

所述的PN結為常見的半導體材料所形成的PN結，如單晶硅、非晶硅等常規半導體，GaN、4H-SiC、SiC等寬禁帶半導體，以及GaAs等。

其連接結構為：放射性同位素金屬將液體半導體包覆其中，放射性同位素金屬與液體半導體形成肖特基，從而形成基于肖特基勢壘的同位素微電池；將PN結覆蓋在外部，與放射性同位素金屬形成基于β伏特效應的PN結同位素微電池；兩者結合起來，從而使該同位素微電池的輸出能量成倍的增加，達到實際的需要。

本發明的一種高輸出能量的復合同位素電池的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、制作液體半導體，具體制作方法可參見《V.M.Glazov，Liquid?Semiconductors》；

步驟二、將放射性同位素金屬制作成所需形狀的中空密閉容器，制得放射性同位素金屬容器；

步驟三、將步驟一所得的液體半導體注入到步驟二所得的放射性同位素金屬容器中，并形成基于肖特基勢壘的液體半導同位素微電池；

步驟四、在步驟三所得的液體半導同位素微電池的外殼上覆蓋PN結，形成基于β福特效應的同位素微電池；

步驟五、將步驟三所得的液體半導同位素微電池和步驟四所得的同位素微電池根據需要串聯或并聯后封裝，形成一種高輸出能量的復合同位素電池。

有益效果：

1、本發明的一種高輸出能量的復合同位素電池，采用在液體半導體的四周分布放射源的方式來為其中的液體半導體提供能量源，該方式擴大了放射源的選擇；同時也可以采用高活度和高能量的放射源，能夠在更大程度上為液體半導體提供輻射所產生的β粒子或者α粒子，從而使同位素電池產生更高的能量；

2、本發明的一種高輸出能量的復合同位素電池，所采用的放射性金屬與液體半導體直接形成肖特基勢壘，這樣能夠避免現階段所研究的同位素電池邊界復合等問題對同位素電池輸出性能的影響，從而使同位素電池產生更高的能量；

3、本發明的一種高輸出能量的復合同位素電池，在放射性同位素四周覆蓋PN結半導體，形成基于β效應的同位素電池，進一步充分利用放射性同位素，從而使同位素電池產生更高的能量；