[發明專利]一種熒光核電池

有效

• 申請號: 201410172899.5
• 申請日: 2014-04-25
• 公開（公告）號: CN103996422A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 湯曉斌;許志恒;洪亮;劉云鵬;陳達
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G21H1/06
• 分類號: G21H1/06
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明屬于核物理、核能應用和微能源領域，具體涉及熒光核電池。

背景技術

核電池，又稱為同位素電池，是一種利用放射源衰變釋放的載能粒子(如α、β粒子和γ射線)或者衰變產生的熱能轉換成所需電能的裝置。因其長壽命、小尺寸、重量輕、環境適應能力強、工作溫度范圍寬和輸出功率穩定等優勢，在超低功率裝置和自動控制系統等很多領域，尤其是一些更換和維修較為困難的惡劣環境下具備著極大的潛在利用價值。

1957年，Elgin-Kidde首次基于“Beta-Voltaic?Effect”現象(Rappaport，1953)利用¹⁴⁷Pm、熒光粉和硅光電池組成同位素微電池，應用在電源供應方面。自此，人們便逐步揭開輻致光伏效應核電池的面紗。該類型核電池采用間接換能結構，利用放射源釋放的衰變粒子激發熒光物質產生熒光，然后通過光伏材料的光電效應收集轉換成電能。

2002年，K.E.Bower等人在“Polymers,phosphors,and?voltaics?for?radioisotope?microbatteries”一書中提到一種輻致光伏效應核電池的設計方案(Bower?K?E,Barbanel?Y?A,Shreter?Y?G,et?al.Polymers,phosphors,and?voltaics?for?radioisotope?microbatteries.Boca?Raton(USA):CRC?Press,2002,210-348)，即在涂有熒光物質管內填充氣態氚。在上述方案中利用氚作為激發源，雖然氣態氚源與熒光物質的有效接觸面積較大，但也存在自吸收效應顯著、原料較昂貴、器件不易制備和氣體壓強較難控制等因素限制。而且，對于目前輻致熒光核電池結構，特別是對于平板狀疊層類型的裝置，其自身存在的材料種類單一、放射源利用率低等問題也較突出。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種熒光核電池，通過在核電池的密封結構內部設置旋轉支架及對稱設置的熒光層，采用雙面放射源或體放射源的方式，使得放射源的放射面至少作用于兩個熒光層單元，不僅有效提高電池單位面積的輸出功率，解決熒光核電池中放射源利用率低等問題，而且在采用不同發光材料的熒光層時，可拓寬輻致熒光的發射波長，延長電池的使用壽命。

本發明為解決上述技術問題，采用如下技術方案：

一種熒光核電池，包括密封外殼、放射源、半導體光伏組件、熒光層；所述熒光層包括玻璃基底及設置于玻璃基底上的熒光粉層，所述密封外殼內部設置一旋轉支架，旋轉支架的旋轉軸過密封外殼的中心，所述半導體光伏組件固定于密封外殼的內壁，所述放射源通過旋轉支架固定于密封外殼的中心，半導體光伏組件與放射源之間設置熒光層，所述熒光層對稱固定于旋轉支架上，且熒光層的熒光粉層相對設置，至少有一對熒光層的熒光粉層與放射源的放射面相對。

所述光伏半導體組件的窗口層材料與空氣界面之間設置TiO₂/Al₂O₃雙層介質膜。

所述放射源為雙面放射源或者塊狀、棒狀體放射源。

所述熒光層通過如下方法制備：

步驟1、在硅酸鉀溶液中加入熒光粉充分攪拌，再加入硝酸鋇溶液,繼續攪拌，然后將混合液倒至放有玻璃基底的玻璃器皿中，自然沉降；

步驟2、待玻璃基底上沉積熒光粉之后，將其取出并烘干，待其自然冷卻至常溫即可獲得所需熒光層。

步驟1中所述的硅酸鉀溶液質量濃度為0.5-2％；

所述的硝酸鋇溶液質量濃度為0.1-0.5％；

所述的硅酸鉀溶液與硝酸鋇溶液的容積比為10:1-20:1，與熒光粉的質量與熒光層的厚度根據如下公式設置：m＝ρsh，其中m為熒光粉的質量，ρ為熒光粉的密度，s為玻璃器皿的底面積，h為熒光層的厚度；

所述的自然沉降時間為1-5h；

步驟2中的烘干溫度為200-300℃，烘干時間為0.5h。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

1、利用雙面放射源和旋轉支架固定熒光層的結構，可使電池結構緊湊，提高放射源利用率。

2、采用物理沉降法或者膠粘復合法制備熒光層，工藝相對簡單，易于實現。

3、采用熒光層作為輻射能到電能的中間換能媒介，半導體不受放射性粒子的電離輻射，可以有效地消除光伏組件換能單元的輻照損傷，延長核電池的使用壽命。

4、采用多接面的光伏組件，可以有效增加光譜接受范圍，提高熒光核電池的能量轉換效率。