[发明专利]一种柔性辐射伏特同位素电池

说明书

技术领域

本发明属于同位素电池或原子电池领域，具体涉及一种柔性辐射伏特同位素电池。

背景技术

随着现代电子技术特别是移动设备和微机电技术的迅猛发展，要求其电源具有低功率、长寿命、高可靠性和体积微小的特点，才能满足在诸如微型管道机器人、植入式微系统、无线传感器、人工心脏起搏器、便携式移动电子产品领域、太空或深海无人探测器等高端领域的供电需求。

一种满足上述需求的微型电池是辐射伏特同位素电池，其是采用能天然发出β射线的β同位素源与具有PN结或PIN结的半导体材料相复合，其中β射线轰击半导体材料时产生电子-空穴对，电子和空穴在PN结内建电场的作用下分别汇集到半导体材料的N区和P区，分别形成电池的负极和正极，可对外供电。这类辐射伏特同位素电池为追求高输出电压或电流，通常要求β射线具有高能量，例如通常采用的辐射源如下：⁶³Ni，其发出的β射线的平均能量为17.42KeV；¹⁴⁷Pm，其发出的β射线的平均能量为61.93KeV；¹³⁷Ce，其发出的β射线的平均能量为187.1KeV；⁹⁰Sr，其发出的β射线的平均能量为195.8KeV；高能β射线往往会损害半导体材料的晶格，造成半导体材料失效，导致这类辐射伏特同位素电池的寿命难以持久。

为减少对半导体晶格的损害，已经有人们建议将β辐射源改为氚，即³H，其发出的β射线的能量为5.69KeV，其能量较低，可减少对半导体材料晶格的损害。但氚以氚气或重水等流体形式使用时，给电池的密封带来困难，稍有不慎会导致放射源的泄露，导致安全问题。也有人使用氚化金属作为氚源，但氚化金属的制备比较困难，且在生产过程中容易被空气氧化，也容易分解。

另外，由于单个辐射伏特同位素电池的输出电压或电流相对微弱，必须将多个单个辐射伏特同位素电池串联或并联使用才能给外部负载有效供电，然而其所使用的半导体材料是刚性的，因此只能采用一层一层堆叠的方式来实现串联或并联，这使得电池的组装方式受到限制。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种柔性辐射伏特同位素电池，其包括依次贴合的以下三层：

绝缘膜；

氚代聚苯乙烯膜；

锑化镉半导体膜；

其中各层的厚度均小于0.2mm。

优选地，所述锑化镉半导体膜是柔性的。

优选地，所述柔性辐射伏特同位素电池呈长条状。

优选地，所述长条状柔性辐射伏特同位素电池上沿长度方向每隔预定间隔具有一道垂直于长度方向的横向压痕。设置该横向压痕的作用在于更便于对长条状柔性辐射伏特同位素电池进行卷曲。

优选地，将所述长条状柔性辐射伏特同位素电池卷成一卷。

其中所述绝缘膜为任何常规的绝缘性聚合物膜，例如聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚氯乙烯膜、聚苯乙烯膜、聚四氟乙烯膜等，只要该膜具有柔性和电绝缘性即可。

其中所述氚化聚苯乙烯非常便于工业化制备，用氚气与苯乙炔进行常规加氢反应可得到氚化苯乙烯，然后通过常规聚合反应使得氚化苯乙烯共聚即可得到氚化聚苯乙烯，然后使用常规的聚苯乙烯膜生产工艺即可得到氚化聚苯乙烯膜。

其中所述锑化镉半导体膜是薄膜太阳能电池领域常用的半导体膜，其同所有半导体材料一样，具有PN结或PIN结，因此能够以常规的辐射伏特效应来将β射线辐射能转化为电能。其中在所述P区和N区分别引出欧姆接触电极，即作为所述柔性辐射伏特同位素电池的正极和负极。

本发明的有益效果：

1、本发明使用氚化聚苯乙烯膜作为β同位素源，其便于工业化制备，且为稳定的固体薄膜，不存在使用氚气和重水时面临的密封困难，也避免了氚化金属的易被氧化和易分解的问题，这使得本发明的伽马光伏同位素电池极为容易地做到没有任何辐射泄漏(电池本身做到绝对安全)。