[發明專利]直接收集-輻射電離-光電-熱電同位素電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201711066355.0
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN108039219A
• 公開（公告）日: 2018-05-15
• 發明（設計）人: 何佳清;周毅;李公平;張世旭;陳躍星;鄂得俊;孫鑫
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: G21H1/10
• 分類號: G21H1/10;G21H1/12
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 趙天月

本發明公開了直接收集?輻射電離?光電?熱電同位素電池及其制備方法。該同位素電池包括：換能結構、正極、負極、緩沖墊、內封裝層、外封裝散熱層和絕緣環。其中，換能結構包括：金屬襯底、放射源鍍層、耐高溫絕熱密封墊、透明電荷收集板、電解質溶液、第一透明絕緣襯底、光電組件、第一電學輸出電極、第二透明絕緣襯底、熱電組件和第二電學輸出電極。耐高溫絕熱密封墊包括第一密封墊和第二密封墊。該直接收集?輻射電離?光電?熱電同位素電池能夠突破傳統靜態型同位素電池存在單一換能、能損較大的技術瓶頸，具有能量轉換效率高、輸出功率大、工作穩定性好等特點。

技術領域

本發明屬于熱電器件與同位素電池領域，具體涉及直接收集-輻射電離-光電-熱電同位素電池及其制備方法。

背景技術

原子核成分(或能態)自發地發生變化，同時放射出射線的同位素稱為放射性同位素。放射性同位素電池，簡稱同位素電池，其利用換能器件將放射性同位素衰變時釋放出射線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、環境適應性強、工作穩定性好、無需維護、小型化等優點，目前已在軍事國防、深空深海、極地探測、生物醫療、電子工業等重要領域被廣泛應用。

同位素電池首先由英國物理學家Henry Moseley于1913年提出，而有關同位素電池的研究主要集中在過去的100年，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可分為四類：①靜態型熱電式(直接收集、溫差電/熱電、熱離子發射、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動態型熱電式(布雷頓循環、斯特林循環、朗肯循環、磁流體發電、外中子源驅動式)同位素電池；④特殊換能機理(輻射發光、衰變LC電路耦合諧振、宇宙射線/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、射流驅動壓電式)同位素電池。

上述四類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。靜態型熱電式同位素電池的發展主要得益于國家層面的研究開發，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溫差式同位素電池(enhanced multi-mission radioisotope thermoelectricgenerators,eMMRTG)的換能效率也不足10％(http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php？feature＝6646)，因而其使用范圍有限、民用化過程較為困難。輻射伏特效應同位素電池以半導體材料為換能單元，可實現同位素電池器件小型化，提高了其在MEMS/NEMS與低功率器件方面的應用，且隨著寬禁帶半導體與多維結構材料的快速發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長期輻照下半導體材料性能退化問題，降低了輻射伏特效應同位素電池的使用壽命。

因此，現有同位素電池的換能結構仍有待進一步改進，以提高電池的換能效率與工作穩定性，擴大應用環境。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出直接收集-輻射電離-光電-熱電同位素電池及其制備方法。該同位素電池能夠突破傳統靜態型同位素電池存在單一換能、能損較大的技術瓶頸，具有能量轉換效率高、輸出功率大、工作穩定性好等特點。

在本發明的第一方面，本發明提出了一種直接收集-輻射電離-光電-熱電同位素電池。根據本發明的實施例，該同位素電池包括：

換能結構，所述換能結構包括：

金屬襯底，所述金屬襯底呈柱狀，所述金屬襯底的兩端分別為正極端和負極端；

放射源鍍層，所述放射源鍍層形成在所述金屬襯底的外周面上，所述金屬襯底的負極端與所述放射源鍍層的一端平齊，所述金屬襯底的正極端突出所述放射源鍍層的另一端；