[發明專利]用于行動裝置應用的貝塔伏特電源

在審

• 申請號: 201310144376.5
• 申請日: 2013-04-24
• 公開（公告）號: CN103377742A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發明（設計）人: A·W·澤弗洛普洛;A·M·霍利魯克
• 申請（專利權）人: 超科技公司
• 主分類號: G21H1/06
• 分類號: G21H1/06;G21H1/02
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 曹瑾

技術領域

本發明系關于一種電源，特別是關于一種應用于行動裝置的貝塔伏特電源。

背景技術

隨著人類社會變得更加倚賴行動裝置（例如移動電話及智能電話、膝上型計算機、平板計算機、醫療裝置、以及類手持與可攜裝置），高電能儲存裝置（例如電池）變得更加被需要。一個適用于此類裝置的理想電池將被設計地可以儲存足夠的能量以持續一特定裝置的使用時間，其中所述特定裝置的壽命取決于產品的本質可以是數月至數年（例如拋棄式移動電話、膝上型計算機等）。

例如，一具移動電話在操作時典型地會消耗100至500mW的功率，但是一顆電池平均僅能儲存可供該具移動電話運作一天的能量。一顆移動電話電池平均約可儲存1至5瓦特-小時的電力，其一般來說一天就會被耗盡。

類似地，平板計算機的電池儲存約40至50瓦特-小時的電力且可持續至大約10小時，也就是平均耗電量約5瓦。膝上型計算機的電池儲存約75瓦特-小時的能量且可持續約5小時，也就是平均耗電量約為15瓦。當到達上述期間的終點，有必要對電池進行充電以繼續使用所述裝置。

一個行動（或智能型）電話的平均壽命約兩年。醫療裝置的壽命則是一至數年不等。膝上型計算機（以及可想而知的平板計算機）的平均壽命大約三年。

同位素電源曾經被用來供應特定型式電子裝置的電源。例如，某些同位素電源產生器轉換放射性材料所輻射出的阿爾法粒子的能量成為熱能，所述熱能并隨之被轉換成有用的能量，例如電力。這是一種熱電轉換，且通常被用來供應執行深太空任務的電子裝置。一般而言，用在此種處理的阿爾法粒子的能量相當高（超過1MeV），且可能損害晶體管。因此，阿爾法粒子輻射物質最好是用來產生熱（藉由捕捉適當材料內部的粒子，例如陶瓷），然后再將熱轉換為電力。

另一種形式的同位素電源系轉換幅射出的貝塔粒子（電子）為電力。其有時被稱為貝塔伏特電源。一貝塔幅射電源的先前技術的范例被記載在公開于以下網址http://www.raytheon.com/technology_today/2011_i1/power.html的一篇文獻中，該篇文獻的名稱及卷目資料如下：“Technology?Today,”issue#1,2011。

低功率（數十微瓦）多年（數十至數百年）來系有需要的，貝塔伏特電源在歷史上一直是有用的。其具體上來說是一種”太陽能電池”裝置（通常被稱為光伏特，因為可和光子反應），但并非用光子來產生電子電洞對，取而代之的是藉由來自同位素輻射的”貝塔粒子”（或高能電子）來產生電洞電子對。貝塔伏特電源被用在深太空任務以產生數十微瓦的能量。在應用上，其需要數十年的壽命，同位素的半衰期通常為數十年，且半衰期為100年的鎳63系優選的。

另一種同位素電源系在醫療領域，其中低電源裝置（例如心律調整器）系設置在病人體內。心律調整器通常是無法進入的，且長效電源是有利的。因為這些裝置被植入病人體內，總輻射量必須非常低，因而所需產生的功率也低。在此種應用上，同位素熱電產生器已被證實是一個成功的產品。

一個可以產生足夠電力給行動裝置使用，使其在有用的壽命期間不需要再次充電的同位素電源將會是需要的。

發明內容

本發明所揭露的內容系關于用以驅動行動裝置的貝塔伏特電源。貝塔伏特電源提供行動裝置在其有效壽期這一段期間連續操作所需的電力。

此處所揭露的貝塔伏特電源系藉由與同位素有關的核反應來轉換所儲存的能量為電力。貝塔伏特電源傳統作法是使用具有非常長壽命得同位素來轉換貝塔粒子（電子）成為能量。其系用于低功率的應用領域，以及用于接近該裝置是不切實際的情況，例如航天飛機及衛星。

此處所揭露的貝塔伏特電源可被設置以提供一選擇的總功率，適用于具有一有效壽期的一特定行動裝置。由選擇的同位素的同位素層以及能量轉換層所構成的層迭（多層）結構的整體，可以提供比先前技術的貝塔伏特電源高數個量級的電力等級。貝塔粒子（”貝塔”）以及X光與伽瑪射線（”伽瑪”）被轉換為有用的電力來驅動行動裝置。

本發明的其中一概念系為適用于具有一有效壽期的一貝塔伏特電源。所述貝塔伏特電源包含復數同位素層，各同位素層包含一同位素材料，該同位素材料可發出具有總能量介于15keV至200keV之間的貝塔粒子、X光、或伽瑪射線的輻射，且半衰期系大約在0.5年至5年之間。所述貝塔伏特電源也包含復數能量轉換層，其系設置于部分或全部的同位素層之間，且接收與轉換來自所述輻射的能量，成為足以供行動裝置在其有效壽期內所需電力。

本發明的另一概念系上述貝塔伏特電源的能量轉換層包含GaN（氮化鎵）。