[发明专利]一种氚荧光同位素电池

说明书

本发明公开了一种氚荧光同位素电池，所述氚荧光同位素电池，采用四层结构，从外到内分别为电池刚性外壳，弹性反光薄层，柔性光伏器件，阵列式氚光源，其组合方式为，电池刚性外壳内壁粘贴弹性反光薄层，柔性光伏器件紧贴弹性反光薄层内部，柔性光伏器件电极通过导线与位于电池刚性外壳上的绝缘密封电极内端相连，柔性光伏器件围成的内腔中按规律排布多根圆柱形氚光源。本发明可被制作成为体功率微瓦级/cm3的微型同位素电源，且经济环保，可在各种民用长寿命微功率供电场合。

技术领域

本发明属于同位素电池技术领域，具体涉及一种氚荧光同位素电池。

背景技术

随着现代微电子领域的不断发展，各种新的应用场景的微机电系统相继出现，其伴生的对微能源的需求越来越凸显，化学电池和太阳能电池等传统电源不能满足长寿命与特殊场景等需求，此时，作为长寿命高能量密度免维护的同位素电池相比具有独特的优势，特别是其中辐伏类微功率同位素电池，以其低危害小体积的优势被研究使用在心脏起搏器/无人值守微机电传感器等场合

目前同位素电池虽然发展迅速，转换机理也呈现多样化趋势，但是总体来说其输出功率仍然较低，部分核素毒性较大，涉核操作难度较大，没有通用的资质牌照，并且国内还没有工程化样机产品的报道，离市场使用还有一定距离，市场难以配合同位素电池的出现来迭代产品。

从转换机制来看，虽然辐射伏特同位素电池理论效率较高，但现在还无法解决低能半导体自吸收严重或者高能半导体辐射损伤的问题，转换效率偏低，而且离长寿命的实际使用还有一定距离。比如氚辐伏电池，加载方式有氚气，氚化有机物和氚化金属化合物。其中氚化有机物目前还没有报道显示能够在5年以上时间的使用下保持性能的稳定，氚化金属化合物加载的问题在于自吸收非常严重，转换效率据相关报道只有<1%,并且膜的长时间稳定性有待进一步考证。常规氚气直接加载，存在难以提高活度，并且不能有效增大电池体积的问题。

常规的辐射致光光伏同位素电池报道中，多使用片状放射源叠加荧光涂层，再加载PV层进行能量转换，此种方式仅仅能够使用低能放射性核素如氚、镍-63，依然存在上述自吸收严重，且无法高效转换的问题。最近还有专利显示，使用柔性换能单元匹配弥散性的荧光粉和氚气或者镍粉的报道，但是这种方式问题在于实现起来难度很大，且难以保持串并联的均匀性，并且存在低能射线电离损伤的风险。

目前同位素电池发展迅速，转换机理也呈现多样化趋势，但是总体来说其输出功率仍然较低，部分核素毒性较大，涉核操作难度较大，没有通用的资质牌照，并且没有工程化样机类样品出现，市场仍然难以配合同位素电池的出现来迭代产品。

现有技术：俄罗斯圣彼得堡大学的V.M. Andreev提出了一中氚荧光电池，但是电池中氚灯排布较为简单，使用的平面AlGaAs器件，没有一个明确的概念，输出性能无法保证。

发明内容

为了解决以上同位素电池使用受限且功率密度较低的问题，得到一种满足微机电实际使用需求的微型同位素电池，本发明提出了一种氚荧光同位素电池。该电池采用氚天然衰变产生的高能β粒子作用于荧光粉的材料发光，且氚气体和荧光粉被密封于透明硼硅酸盐玻璃管壳中。再用柔性光伏材料将其产生的光能转换为电能输出。

本发明的氚荧光同位素电池，采用四层结构，从外到内分别为电池刚性外壳，弹性反光薄层，柔性光伏器件，阵列式氚光源，其组合方式为，电池刚性外壳内壁粘贴弹性反光薄层，柔性光伏器件紧贴弹性反光薄层内部 ，柔性光伏器件电极通过导线与位于电池刚性外壳上的绝缘密封电极内端相连，柔性光伏器件围成的内腔中按规律排布多根圆柱形氚光源。

所述电池刚性外壳采用可阀合金、铝合金或者耐辐射玻璃材料。

所述弹性反光层采用覆铝膜硅橡胶，硅橡胶表面设置有与氚灯进行耦合的凹孔。

柔性光伏器件采用GaInP或CdTe薄膜。

氚光源采用市售氚灯。