[发明专利]一种网状支撑薄膜源直充式同位素电池

说明书

本发明属于同位素电池领域，涉及一种网状支撑薄膜源直充式同位素电池。所述电池包括发射极、收集极、填充介质和电池外壳，所述电池包括多个基本单元，一个基本单元由一个发射极和一个收集极组成，填充介质填充在发射极和收集极之间，发射极的两端通过发射极连接材料与电池外壳连接，发射极为双层或三层结构；每两个收集极之间通过绝缘支撑材料连接，所有收集极通过收集极连接材料串联，发射极为双面发射，除两端的收集极外其余收集极为双面收集。所述结构简单，通过双面直接收集放射性同位素源衰变过程中不断释放出的带电粒子，将其衰变能直接转化为电能。

技术领域

本发明属于同位素电池领域，涉及一种网状支撑薄膜源直充式同位素电池，具体为一种以放射性同位素自支撑薄膜为放射源，通过双面直接收集其衰变过程中不断释放出的带电粒子，将放射性同位素衰变能直接转化为电能的装置。

背景技术

同位素电池的研究在20世纪50年代取得突破性进展，广泛应用于航天、深海、心脏起搏器等领域。自1913年英国物理学家Moseley制作成功同位素电池至今，已发展出多种不同类型的同位素电池。最常见的同位素电池分类方式，即按照能量转换方式，可分为直接和间接能量转换型：间接能量转换是将衰变能先转换成热能或光能等，再转换成电能，因为涉及多次能量转换过程，这种类型能量转换效率普遍不高，且结构复杂；而直接能量转换则是将放射源衰变放出带电粒子的动能直接转换成电能，结构简单，能量转换效率可大大提高。

在直接能量转换同位素电池中，直充式同位素电池因其结构简单、成本低、开路电压高、输出功率稳定等优良性能引起了研究人员的关注，同时，直充式同位素电池可广泛应用于电子显微镜、光电倍增管等设备装置的高压电源。

现有同位素电池中，大部分为β辐射伏特式或伽马光伏式，属于间接能量转换方式同位素电池。这类同位素电池的输出电压一般不大于1V量级，且能量转化效率偏低，小于8％。中国专利文献CN102306511中采用辐射伏特式和肖特基势垒式复合类型，以提高同位素源的利用效率，然而这种效率的提高非常有限，在1％量级。中国专利文献CN105575453中批露了新型动态式的间接能量转换方式同位素电池，但结构较为复杂，工程实现难度挑战大。中国专利文献CN101552046中批露了直充式和热电式复合类型同位素电池，但其中直充式部分的发射极设计为单面发射结构，没有达到充分利用同为素放射源的目的。有研究(核技术，2011年第34卷第11期:872-876)讨论和理论分析了直充式核电池的结构和工作原理，并提出了一些增大充电电流的方法，但并未明确指出提高直充式同位素电池能量转换效率的具体途径，提出的收集极为用圆柱形或球形收集极，且所述设计并未涉及多发射极或多收集极结构。在研究文献(Applied Radiation and Isotopes,Vol.67(2009)：1057-1062)中讨论和理论分析了直充式核电池的优选放射源核素，并以¹⁴⁷Pm核素为例演示了结构和工作原理。该研究文献中涉及的直充式核电池中的发射极，放射源膜覆盖在石英玻璃层基底上，且放射源膜上下两面具有铝或钽保护层；该设计直充式核电池为单个发射极的单层结构。

当前已有的同位素电池其能量转换效率普遍较低，生产成本高，且部分设计工艺加工难度大，因此迫切需要设计一种能量转换效率较高的结构简单、易于加工的同位素电池。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种网状支撑薄膜源直充式同位素电池，以提高同位素电池的能量转换效率。所述电池采用双面发射极的网状支撑薄膜源直充式同位素电池能很大程度上解决同位素电池能量转换效率低和工艺实现难度大的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。