[發明專利]發電機系統

有效

• 申請號: 201580073585.2
• 申請日: 2015-11-13
• 公開（公告）號: CN107210078B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 斯蒂文·懷特海德
• 申請（專利權）人: 動力能源澳大利亞私人有限公司
• 主分類號: G21H1/00
• 分類號: G21H1/00
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 董科

使用放射性物質的能量的功率電池。該裝置使用ZnO作為半導體，能量產生金屬?半導體結。ZnO以薄層設置。這允許良好的耐久性和相對高的功率產生。

技術領域

發明領域本發明涉及發電領域，特別涉及從放射性發射的能量轉換的電能。

背景技術

功率電池提供用于驅動外部負載的獨立的電能源。電力電池的常見例子是電化學電池。雖然電化學電池在以相對低的成本提供電力需求一段時間是有效的，但限制因素是由材料類型和重量限定的可用能量。由于電化學電池的質量有限，儲能和能量密度有限，所以出于各種嘗試，由于能量密度較高的理論極限，生產替代功率電池，例如由放射性同位素供電的電池。

有幾種不同類型的放射性同位素功率電池。一旦這種類型是無線電熱發生器(RTG)，其使用放射性材料衰變期間產生的熱量來產生電能。這些器件的熱能轉換效率低于電能。因此，RTG通常與非常高能量的放射性同位素一起使用以產生電力來源，通常需要大量的屏蔽。另外，電力輸出低。

另一種類型的放射性同位素供電的電池是使用放射性同位素，發光材料和光伏電池的間接轉換裝置。由放射性同位素發射的衰變顆粒激發發光材料。由發光材料發射的光被光伏電池吸收發電。這種類型的電池通常由于兩步轉換而具有低效率并且壽命相對較短，因為發光材料被排放物損壞。

放射性同位素功率電池的另一個實例是使用放射性同位素和半導體材料的直接轉換裝置。傳統的半導體在這個應用中的用途很有限，因為它們遭受放射性同位素衰變產物的側向輻射損傷。特別地，入射的高能β粒子在半導體中產生分散和捕獲所產生的電荷載流子的缺陷。損壞積累，因此隨著時間的推移，電池的性能降低。

US 5,260,621公開了一種固態核電池，其包括相對較高的能量輻射源，伴隨發熱，以及體結晶半導體，例如AlGaAs，其特征在于響應于放射性同位素的缺陷產生。選擇材料使得在電池的升高的工作溫度下通過退火來修復輻射損傷。該裝置的效率低，這需要使用高能輻射源，并且還需要升高的工作溫度來起作用。

US 5859484教導了一種固體放射性同位素供電的半導體電池，其包括諸如GalnAsP的晶體半導體材料的基底。該電池優選使用僅發射低能量粒子的放射性同位素以最小化半導體材料的劣化以使壽命最大化。使用較低能量輻射源的效果是較低的最大功率輸出。

在US 6479919中公開了另一種這樣的裝置，其描述了結合二十面體硼化物化合物的β電池，例如B12P2或B12As2，β輻射源和用于將電能傳輸到外部負載的裝置。制造硼化硼和磷化硼是昂貴的，這增加了生產這些類型的器件的成本。此外，這種裝置的生產增加了與處理砷化物和磷化物材料相關的健康，安全和環境風險。

總而言之，當前可用的放射性同位素功率電池的問題包括將發射的能量轉換成電能的效率低下，影響裝置材料的輻射損傷，對高能核源的屏蔽要求和經受退化的半導體材料。

本發明的目的是提供一種在耐久性和功率輸出之間具有改善的平衡的放射性同位素功率電池。

發明內容

根據本發明，提供了一種發電機系統，包括：放射性核素材料；氧化鋅的薄層；與氧化鋅接觸并在其間形成金屬-半導體結的金屬電極，其中從放射性核素材料接收的放射性發射在金屬-半導體結處被轉換為電能；以及連接到電極的電觸點，其在連接到負載時有助于電能的流動。

本發明人發現使用氧化鋅具有驚人的結果。雖然氧化鋅是本征的n型半導體，但由于缺乏穩定的摻雜的p型ZnO材料，它作為半導體材料是有限的或沒有商業用途的。因此，被認為是用于形成p-n結的半導體材料的不良選擇，其已經成為構建放射性同位素功率電池的主要方向。

半導體材料的傳統認可的選擇，例如GaAs，GaInAs；或Si，Si-C；或CdTe；等等，已被發現在暴露于高水平輻射時結構性降解。