CN107103939A - 一种柔性辐射伏特同位素电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开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。本发明的柔性辐射伏特同位素电池可被制成长条状并且可将所述长条状柔性辐射伏特同位素电池卷成一卷来以体积紧凑的方式使用。
Description
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)。
2、本发明的柔性辐射伏特同位素电池也可以做到足够薄，通常三层总厚度不超过0.6mm，优选不超过0.3mm，但其面积可以做得很大，并且本发明通过将各层设计成柔性层，使得本发明能够以卷曲的方式进行有效扩展(例如电池本身呈长条状，例如长宽厚尺寸为1000mm*10mm*0.3mm，在使用时卷成一卷，既有效放大了使用面积，又使得成品电池结构紧凑，总体积很小)，电池有效面积扩展数百倍，电池容量得以增加数百倍，达到数十微瓦级。相对于传统辐射伏特同位素电池的刚性片层堆叠结构，本发明的这种柔性卷曲结构提供了更灵活的组装方式，提高了电池的空间效率，且更便于对辐射源进行屏蔽，只需要常规的塑料外壳甚至纸质外壳即可完全屏蔽β射线。
附图说明
图1是本发明的柔性辐射伏特同位素电池的各层结构图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的内容作进一步的说明，但并不因此而限制本发明。
本发明的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，其为商业聚四氟丙烯膜；
氚代聚苯乙烯膜，其为含有5.56wt％氚的氚代聚苯乙烯膜，对其聚合度没有过多要求；
锑化镉半导体膜；其可商购得到；
各膜的厚度均为0.1mm。
该柔性辐射伏特同位素电池可提供约200nA/cm2的输出电流密度。将其制成长宽厚为1000mm*10mm*0.3mm的长条状，其然后卷成一卷，整体对外输出电流可达20μA，能够满足一般的MEMS器件或心脏起搏器的电流要求。
以上实施例描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，而不是以任何方式限制本发明的范围，在不脱离本发明范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。
Claims (5)
1.一种柔性辐射伏特同位素电池，其特征在于，其包括依次贴合的以下三层：
A、绝缘膜；
B、氚代聚苯乙烯膜；
C、锑化镉半导体膜；
其中各层的厚度均小于0.2mm。
2.根据权利要求1所述的柔性辐射伏特同位素电池，其特征在于，其中所述锑化镉半导体膜是柔性的。
3.根据权利要求1所述的柔性辐射伏特同位素电池，其特征在于，其呈长条状。
4.根据权利要求3所述的柔性辐射伏特同位素电池，其特征在于，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。
5.根据权利要求3或4所述的柔性辐射伏特同位素电池，其特征在于，将所述长条状柔性辐射伏特同位素电池卷成一卷。
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|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108538422A (zh) * | 2017-11-02 | 2018-09-14 | 南方科技大学 | 直接收集-热离子发射-热电同位素电池及其制备方法 |
| CN112086217A (zh) * | 2020-08-21 | 2020-12-15 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种SiC三维PIN结构辐射伏特式3H源同位素电池 |
| CN112837840A (zh) * | 2019-11-25 | 2021-05-25 | 深圳鼎邦能源科技有限公司 | 一种氚同位素电池制成方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101419848A (zh) * | 2008-12-02 | 2009-04-29 | 江苏大学 | 一种基于放射性元素的柔性纳米薄膜硅电池 |
| CN104409127A (zh) * | 2014-11-14 | 2015-03-11 | 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 | 一种复合转换同位素电池 |
| CN104966541A (zh) * | 2015-06-17 | 2015-10-07 | 上海理工大学 | 放射性光电转换电池 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101419848A (zh) * | 2008-12-02 | 2009-04-29 | 江苏大学 | 一种基于放射性元素的柔性纳米薄膜硅电池 |
| CN104409127A (zh) * | 2014-11-14 | 2015-03-11 | 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 | 一种复合转换同位素电池 |
| CN104966541A (zh) * | 2015-06-17 | 2015-10-07 | 上海理工大学 | 放射性光电转换电池 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 1995年修订-4: "《中国国家标准汇编》", 28 February 1997, 中国标准出版社 * |
| 刘志全等: "《航天器机构及其可靠性》", 31 December 2015, 中国宇航出版社 * |
| 孙家跃等: "《无机材料制造与应用》", 31 July 2001, 化学工业出版社 * |
| 洪亮: "β辐致光伏效应同位素电池的设计、制备和温度影响研究", 《硕士学位论文-万方数据库》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108538422A (zh) * | 2017-11-02 | 2018-09-14 | 南方科技大学 | 直接收集-热离子发射-热电同位素电池及其制备方法 |
| CN108538422B (zh) * | 2017-11-02 | 2021-08-10 | 南方科技大学 | 直接收集-热离子发射-热电同位素电池及其制备方法 |
| CN112837840A (zh) * | 2019-11-25 | 2021-05-25 | 深圳鼎邦能源科技有限公司 | 一种氚同位素电池制成方法 |
| CN112837840B (zh) * | 2019-11-25 | 2024-04-19 | 深圳鼎邦能源科技有限公司 | 一种氚同位素电池制成方法 |
| CN112086217A (zh) * | 2020-08-21 | 2020-12-15 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种SiC三维PIN结构辐射伏特式3H源同位素电池 |
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