[發(fā)明專利]應(yīng)用在深海極端環(huán)境下的放射源盒子及封裝結(jié)構(gòu)、電池

在審

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• 申請日: 2022-10-10
• 公開（公告）號: CN115512869A
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李京偉;庾文慶;林銀河;查鴻凱;韓運(yùn)成;湯文明;羅來馬
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G21F1/08
• 分類號: G21F1/08;G21F1/12;C22C5/04;C22C19/00;C22C19/03;C22C27/02;C23C30/00
• 代理公司: 合肥市澤信專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34144
• 代理人: 方榮肖

本發(fā)明公開了應(yīng)用在深海極端環(huán)境下的放射源盒子及封裝結(jié)構(gòu)、電池。所述深海極端環(huán)境指：在200MPa壓強(qiáng)下，同時承受所述放射源500～800℃的工況溫度。所述盒子為多層結(jié)構(gòu)，由內(nèi)而外依次為：稀貴金屬及合金體系層、鉭鎢基合金層、碳基材料層、鎳銅基合金層。稀貴金屬及合金體系層包括釕Ru、銠Rh、鈀Pd、鋨Os、銥Ir、鉑Pt、釷Th及合金體系，合金的組成為其中任意幾種的組合。鉭鎢基合金層為鉭或鎢合金或者是含有難熔金屬元素的合金。碳基材料層為碳纖維結(jié)構(gòu)或者石墨烯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料或者碳成分為主的復(fù)合材料。鎳銅基合金層包含鋯Zr、鈦Ti、鈮Nb、釩V強(qiáng)化劑中的至少一種。該結(jié)構(gòu)同時具有熔點(diǎn)高、強(qiáng)度高、耐腐蝕性良好、力學(xué)性能高等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于封裝電池的放射源的盒子、具有所述盒子的放射源封裝結(jié)構(gòu)、具有所述放射源封裝結(jié)構(gòu)的電池，尤其涉及一種應(yīng)用在深海極端環(huán)境下用于封裝電池的放射源的盒子、具有所述盒子的放射源封裝結(jié)構(gòu)、具有所述放射源封裝結(jié)構(gòu)的電池。

背景技術(shù)

隨著人類科學(xué)探索活動向太空、深海、極地等延伸，對在極端惡劣環(huán)境下能夠安全、長期提供穩(wěn)定電能供應(yīng)的電池材料提出了更高要求，傳統(tǒng)的化學(xué)電池、太陽能電池均不能滿足使用要求。放射性同位素電池(RTG)是一種能夠長時間提供穩(wěn)定電能供應(yīng)的電源裝置，其工作原理是采用半導(dǎo)體能量轉(zhuǎn)換器將放射性同位素衰變產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽哂谐叽缧　⒅亓枯p、工作壽命長、性能穩(wěn)定可靠、環(huán)境耐受性好等特點(diǎn)。

包殼材料(PICS)是RTG的密封外殼，要求材料能夠承受高溫、高壓、大溫度梯度、強(qiáng)中子輻照，并且能夠耐腐蝕、抗振動，不發(fā)生吸氫致脆等。對于百瓦級(MHW)以下的低功率RTG，可選擇鉑合金包殼材料，而目前能夠用于百瓦級以上RTG的包殼材料只有銥合金能夠滿足高性能使用要求。

單一的Ta金屬已難以滿足目前人類的發(fā)展需求，在此背景下，各式各樣的Ta合金應(yīng)運(yùn)而生。加入合金元素的純鉭，其力學(xué)性能，尤其是強(qiáng)度得到提高。鉭鎢合金作為一種重要的結(jié)構(gòu)功能材料，廣泛應(yīng)用于航天結(jié)構(gòu)件和真空爐元件等。然而，根據(jù)王珊等人的研究，Ta-W合金的最高硬度仍難以滿足現(xiàn)代科技的迅速發(fā)展的需求，如高速航空航天飛行器長時間安全服役的需求。

從復(fù)合材料發(fā)展趨勢來看，在金屬基體中摻雜單一組元對性能的提高是有極限的，很難獲得綜合性能優(yōu)異的復(fù)合材料，如在Ta加入W，在W的含量超過一定值時，Ta-W合金的性能開始下降，因此極端環(huán)境中對放射源的屏蔽防護(hù)效果不佳。另外，目前放射性同位素電池封裝方式一般是將同位素源層粘接或者鍍到電池表面，放射性同位素電池的能量轉(zhuǎn)換效率的提高具有局限性。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決極端環(huán)境中對放射源的屏蔽防護(hù)效果不佳的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種應(yīng)用在深海極端環(huán)境下用于封裝電池的放射源的盒子、具有所述盒子的放射源封裝結(jié)構(gòu)、具有所述放射源封裝結(jié)構(gòu)的電池。。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種應(yīng)用在深海極端環(huán)境下用于封裝電池的放射源的盒子，所述深海極端環(huán)境指：在200MPa壓強(qiáng)下，同時承受所述放射源500～800℃的工況溫度；所述盒子為多層結(jié)構(gòu)，由內(nèi)而外依次為：稀貴金屬及合金體系層、鉭鎢基合金層、碳基材料層、鎳銅基合金層；

其中，稀貴金屬及合金體系層包括釕Ru、銠Rh、鈀Pd、鋨Os、銥Ir、鉑Pt、釷Th及合金體系，合金的組成為其中任意幾種的組合；

鉭鎢基合金層為鉭或鎢合金或者是含有難熔金屬元素的合金；

碳基材料層為碳纖維結(jié)構(gòu)或者石墨烯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料或者碳成分為主的復(fù)合材料；

鎳銅基合金層包含鋯Zr、鈦Ti、鈮Nb、釩V強(qiáng)化劑中的一種或者幾種。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，鉭鎢基合金層為摻雜鉿Hf，鋯Zr，鈮Nb，釔Y金屬元素所形成的結(jié)構(gòu)層；

和/或，碳基材料層為碳纖維結(jié)構(gòu)是，所述碳纖維結(jié)構(gòu)為纖維狀、或者片狀、或者網(wǎng)狀、或者致密的板狀、或者塊狀。