[发明专利]一种热核电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种热核电池，尤其涉及一种以锶-90或氚为放射性源，通过半导体换能装置将放射性源在衰变过程中不断放出具有电能和热能的载能射线，并让该能量转变为电能、并收集该电能的装置。

背景技术

核电池，又称同位素电池，它是利用放射性同位素衰变放出载能粒子(如α粒子、β粒子和γ粒子)并将其能量转换为电能的装置。按提供的电压的高低，核电池可分为高压型(几百至几千V)和低压型(几十mV至1V左右)两类。

核电池取得实质性进展始于20世纪50年代，由于其具有体积小、重量轻和寿命长的特点，而且其能量大小、速度不受外界环境的温度、化学反应、压力、电磁场等影响，因此，它可以在很大的温度范围和恶劣的环境中工作。目前已经在航天、极地、心脏起搏器等领域成功应用。

然而，核电池应用在手机及其它小耗电量设备上，电池使用时限很短，器件效率低于0.1％，迫切需要一种放电时限长、同位素放射转换效率高的核电池。

CN102737747A公开了一种微型氚电池，由若干层氚电池单元、防护材料、外壳和电极构成，其中氚电池单元是由单晶硅及其内部的氚化纳米多孔硅构成。然而，通过这种方法提高氚放射的转换效率还是很有限。

CN102446572A公开了一种氚同位素微型电池及其制备方法，所述微型电池含有换能单元和附属部件两部分，其中换能单元的Si₃N₄层位于硅基PN结上表面；附属部件中的环电极在Si₃N₄层的外延。氘化钛+氚化钛放射层先后在Si₃N₄层上表面蒸镀金层、镍层，然后用氘氚混合气体制作而成。该氚同位素微型电池能够实现电流40nA～1μA、功率6nW～0.1μW、6年以上不间断输出电能，然而该氚同位素微型电池的成本高，同样不适合推广应用。

发明内容

本发明为解决现有技术中的上述问题提出的。

本发明提供了一种成本低、操作安全、同位素放射转换效率高的热核电池。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一个方面是提供一种热核电池，包括至少一个热核电池单元，所述热核电池单元以含有β射线源的物质作为发射极，以该发射极为中心从近至远对称设置：硅晶片、合金片、永磁片、电容板。

优选地，所述β射线源的物质选自锶-90、氚中的任意一种。

优选地，所述硅晶片的表面由数个蜂窝状的六边形结构排布。所述单个六边形结构的内部还包括至少两个不同深度、边长依次减小的六边形结构。采用这种结构的硅晶片有利于增大与放射性同位素衰变放出的载能粒子的接触面积，提高转换效率。

上述硅晶片表面上的六边形结构通过蚀刻技术实现。

优选地，在所述硅晶片靠近所述发射极的一面上负载有一层碲化铋薄膜，以增强荧光反应。

优选地，所述合金片的材质优选为稀有金属；在所述合金片靠近所述硅晶片的一面上负载有一层钛酸钡薄膜。

优选地，所述合金片为硅锗钆合金片。

优选地，所述电容板与外部电路连接，更优选地，与所述储能装置、稳压恒流装置连接。

优选地，在所述热核电池单元的最外层还包覆有防辐射膜和/或热隔离膜，所述防辐射膜和热隔离膜位于所述热核电池单元的最外层。

优选地，所述热核电池单元内部为真空状态，并可选地，在所述热核电池单元内部填充液体介质。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明提供的热核电池中采用特有结构的硅晶片，增大与放射性同位素衰变放出的载能粒子的接触面积，提高转换效率；同时采用涂覆有特殊镀层的硅晶片和合金片，利用其磁热特性，提高热能的利用效率，整合硅晶片的热释电能力，从而提高输出的电能；经实验证实，以氚为放射源的本发明的热核电池，采用160*87*23mm规格，放电电压达到3.7-4.2V，接入手机电流达到850-1000mA，12年衰降50％，放电时长持续使用至少达6年，核同位素的转换效率达到25-30％。

附图说明

图1为本发明所述热核电池单元1的内部结构图；

图2为本发明所述硅晶片12的结构示意图；

图3为本发明所述硅晶片12的单个六边形结构121的结构示意图；

图4为本发明所述热核电池的电路结构图。

具体实施方式