[发明专利]一种辐射源碳纳米管电池装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种核电池，更具体的涉及一种辐射源碳纳米管结构的核电池装置。与现有核电池相比，本发明电池具有体积小，比功率大的优点。适用于微机电系统(MEMS)、航空航天器和便携式电器上作为电源应用。

背景技术

能源和环保的需要：

21世纪全世界面临最为紧迫的是能源短缺和环境恶化的问题，21世纪是石油和天然气即将枯竭的世纪！为了降低温室效应，为了地球人的今天和明天，全世界都在节能减排，寻求替代能源，建立低碳经济。人们将器件做小，这样不但可以节约社会资源，也直接和间接的节约了能源。而器件的小型化、微型化，特别是便携式电器，离不了微能源的发展，其中最重要的是长寿命微能源的发展，目前长寿命还就数核电池最行；在寻找替代能源方面，直接利用取之不尽用之不竭的太阳能发电是人们关注的重点。但发展太阳能电池的瓶颈是它的主要原料硅很贵。所以，当前太阳能电池的一个研究方向是开发能替代传统硅的新材料。研究发现可以用碳纳米管(CNTs)部分取代传统太阳能电池中的硅。这是本发明设计思路的来源之一。

核电池发展的需要：

直至目前，美、俄(含前苏联)制造和使用的核电池已超过千枚，但几乎清一色是热电转换型，而且转换效率最高是5％；另外，使用的放射性原料主要是钚-238等少数几种核素，来源面窄，价格贵且难得到。由于效率低，这种电池用在航天上，体积还是大了点。能否改变一下原料、结构和能量转换方式，将效率大幅度提高，提高比功率和比能量，减小质量和体积呢？这正是本发明的宗旨所在。

本发明利用放射性辐射源发出的光电子，通过半导体碳纳米管吸收，转换成电流的电池装置。由于这种电池的质量比功率大，电池可以做得很小，很适用于微机电系统(MEMS)和航空航天器应用，也可广泛用于军民等各行各业的便携式电器上。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种辐射源碳纳米管电池装置。具有高的效率和质量比功率、高的抗辐照能力、可以做成柔性电池、有适合于大规模生产降低核电池成本的潜力。所以，非常适于各种场合应用，特别是航天器。

本发明的原理是：放射性辐射源发出的大量光电子，被具有半导体性质的碳纳米管吸收，产生辐生伏打效应；将半导体两侧的电极联通，中间接上负载，在外电路中就有辐生电流流过，从而获得功率输出，这就将辐射能直接转换成电能(见图1)。无容置疑，通过这段描述可以看出：1、由于采用半导体碳纳米管做核电池转换材料，而不采用人们熟知的半导体材料(如硅)进行光电转换，所以，这是一种全新的核电池；2、总体结构简单；3、材料易得，可以节省硅材料。

本装置的结构是由：不锈钢衬底材料、氧化铝(Al₂O₃)绝缘层、底电极钼(Mo)、碳纳米管(CNTs)吸收层、硫化镉(CdS)缓冲层、氧化锌(ZnO)窗口层、顶电极镍-铝(Ni-Al)和辐射源八层薄膜材料做成(见图2)。在实际应用中，为了充分吸收利用光电子，不使辐射源释放的能量浪费，往往以辐射源为中心，上下对称布置两个结构作用相同的电池，形成辐射源夹在上下电池中间的结构，称作“三明治式”结构。

为实现本发明，采用如下技术方案：

一种辐射源碳纳米管电池装置，包括辐射源、镍-铝顶电极、氧化锌窗口层、硫化镉缓冲层、碳纳米管吸收层、钼底电极、氧化铝绝缘层、不锈钢衬底。