技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于同位素電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種直接收集-光電-熱電復(fù)合式同位素電池；本發(fā)明還涉及一種直接收集-光電-熱電復(fù)合式同位素電池的制備方法。

背景技術(shù)

原子核成分（或能態(tài)）自發(fā)地發(fā)生變化，同時(shí)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，它是利用換能器件將放射性同位素衰變時(shí)釋放出射線的能量轉(zhuǎn)換成電能輸出，從而達(dá)到供電目的。由于同位素電池具有服役壽命長、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、工作穩(wěn)定性好、無需維護(hù)、小型化等優(yōu)點(diǎn)，目前已在軍事國防、航天航海、極地探測、生物醫(yī)療、電子工業(yè)等重要領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。

同位素電池首先由英國物理學(xué)家Henry Mosley于1913年提出，而有關(guān)同位素電池的研究主要集中在過去的100年，蘭州大學(xué)周毅等人結(jié)合不同換能方式下同位素電池?fù)Q能效率高低與輸出功率大小將同位素電池的換能方式分成了四類：①靜態(tài)型熱電式（直接收集、溫差電/熱電、熱離子發(fā)射、接觸電勢差、熱光伏、堿金屬熱電轉(zhuǎn)換）同位素電池；②輻射伏特效應(yīng)（肖特基、PN/PIN結(jié)）同位素電池；③動(dòng)態(tài)換能方式（布雷頓循環(huán)、斯特林循環(huán)、朗肯循環(huán)、磁流體發(fā)電、外中子源驅(qū)動(dòng)式）同位素電池；④特殊換能機(jī)理（輻射發(fā)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(qū)動(dòng)壓電式）同位素電池。

上述四類同位素電池的研究結(jié)果表明，能量轉(zhuǎn)換效率低仍是目前同位素電池的共性所在。靜態(tài)型熱電式同位素電池的發(fā)展主要得益于國家層面的研究開發(fā)，特別是溫差式同位素電池（radioisotope thermoelectric generators, RTG）的設(shè)計(jì)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(zhuǎn)換效率較低，即便NASA最新報(bào)道的增強(qiáng)型多任務(wù)溫差式同位素電池（enhanced multi-mission radioisotope thermoelectricgenerators, eMMRTG）的換能效率也不足10%，因而其使用范圍十分有限、民用化過程較為困難。輻射伏特效應(yīng)同位素電池以半導(dǎo)體材料為換能單元，可實(shí)現(xiàn)同位素電池器件小型化，擴(kuò)大了同位素電池的應(yīng)用范圍，且隨著材料科學(xué)的飛速發(fā)展取得了一定的研究成效，但輻射伏特效應(yīng)同位素電池存在射線長期輻照下半導(dǎo)體材料性能退化的問題，降低了輻射伏特效應(yīng)同位素電池的使用壽命。

通過對(duì)比靜態(tài)型熱電式同位素電池和其他類型同位素電池的換能方式可知，采用技術(shù)成熟的直接收集、光電、熱電技術(shù)并進(jìn)行多層耦合實(shí)現(xiàn)梯級(jí)換能，有望大幅提高靜態(tài)型熱電式同位素電池的能量轉(zhuǎn)換效率與功率密度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的第一技術(shù)問題在于提供一種直接收集-光電-熱電復(fù)合式同位素電池，該同位素電池能夠突破傳統(tǒng)靜態(tài)型同位素電池存在單一換能、能損較大的技術(shù)瓶頸，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、輸出功率大、工作穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。本發(fā)明要解決的第二個(gè)技術(shù)問題在于提供一種直接收集-光電-熱電復(fù)合式同位素電池的制備方法。

技術(shù)負(fù)責(zé)人： 張世旭 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院