DE102022133499A1

DE102022133499A1 - Anode für betavoltaikbatterien und verfahren zum herstellen derselben

Info

Publication number: DE102022133499A1
Application number: DE102022133499.6A
Authority: DE
Inventors: Sam Ick Son; Su Il IN; Hong Soo Kim; Jun Ho Lee; Yun Ju HWANG
Original assignee: Hyundai Motor Co; Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology; Kia Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology; Kia Corp
Priority date: 2022-07-21
Filing date: 2022-12-15
Publication date: 2024-02-01
Also published as: KR20240012828A; US20240029910A1; CN117438125A

Abstract

Anode 10 für Betavoltaikbatterien und Verfahren zum Herstellen derselben sind beschrieben. In der Anode 10 sind Quantenpunkte, die ein radioaktives Isotop aufweisen, einem Strahlungsabsorber bereitgestellt, sodass sie als Betaquelle eingeführt sind.

Description

HINTERGRUND
(a) Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung/Erfindung betrifft eine Anode für Betavoltaikbatterien und ein Verfahren zum Herstellen derselben.
(b) Diskussion des Hintergrunds
Eine Betavoltaikbatterie ist eine Batterie, die Betastrahlen absorbiert, die von einem radioaktiven Isotop durch die Fläche eines P-N-Übergang-Halbleiters emittiert wurden, und die Betastrahlen in elektrische Energie konvertiert (z. B. umwandelt). Elektron-Loch-Paare können in einer Raumladungszone in dem P-N-Übergang-Halbleiter durch die Betastrahlen erzeugt werden und Träger (z. B. Ladungsträger), die dadurch erzeugt werden, haben die Strom-Spannungs-Charakteristika der Betavoltaikbatterie.
Radioaktive Isotope haben Energiespektren von einigen eV bis zu hunderten keV und intrinsische Maximalenergie und durchschnittliche Energie, abhängig von Nukliden. Je länger die Halbwertszeit eines Nuklids, desto länger ist die Lebenszeit einer Betavoltaikbatterie, die das Nuklid verwendet, jedoch desto kleiner ist die Ausgabeleistung der Betavoltaikbatterie aufgrund einer Verringerung der Zerfallsrate des Nuklids. Daher ist es wichtig, ein radioaktives Isotop richtig auszuwählen, um eine Voraussetzung zu erfüllen.
In der Betavoltaikbatterie kann eine Effizienz einer kinetischen Energie der Betateilchen abhängig von der Struktur der Betavoltaikbatterie variiert werden. Als ein Beispiel ist in einer Betavoltaikbatterie, die P-N-Übergang-Halbleiter mit einer ebenen Struktur aufweist, eine Betaquelle an den P-N-Übergang-Halbleitern angeordnet und Betateilchen, die nach oben und seitlich von der Betaquelle emittiert werden, können nicht (z. B. müssen nicht) in elektrische Leistung konvertiert werden und die Betateilchen können verschwinden. Als ein anderes Beispiel ist in einer Betavoltaikbatterie, in der eine Betaquelle zwischen einem P-Halbleiter und einem N-Halbleiter angeordnet ist, wenn die Dicke eines Materials, das die Betaquelle aufweist, erhöht ist, die Anzahl an Elektronen und Löchern, die miteinander rekombiniert werden, erhöht, aber, wenn die Dicke eines solchen Materials verringert ist, ist die Menge der Betaquelle, die in dem Material enthalten ist, verringert. Ferner weisen die Betavoltaikbatterien in diesen Beispielen eine kleine Oberflächenfläche (z. B. eine kleine Oberfläche) auf und haben somit einen kleinen Strom pro Einheitsfläche.
Eine farbstoffsensibilisierte Betavoltaikbatterie, die von einer Betavoltaikbatterie verschieden ist, die P-N-Übergang-Halbleiter aufweist, kann verwendet werden. In der farbstoffsensibilisierten Betavoltaikbatterie kann eine Distanz zwischen einem Strahlungsabsorber und einer Betaquelle jedoch lang sein und ein Energieverlust kann daher groß sein.
Die vorherigen Informationen, die in dem Hintergrundabschnitt offenbart sind, sind nur zur Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Offenbarung da und sie können daher Informationen enthalten, die nicht den einem durchschnittlichen Fachmann bekannten Stand der Technik bilden.
ERFINDUNGSERLÄUTERUNG
Die folgende Erläuterung stellt eine vereinfachte Erläuterung bestimmter Merkmale dar. Die Erläuterung ist kein umfassender Überblick und dient nicht dazu, wichtige oder kritische Elemente zu identifizieren.
Die vorliegende Offenbarung/Erfindung wurde in einem Bestreben gemacht, die zuvor beschriebenen Probleme zu lösen, und es ist ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, eine Betavoltaikbatterie bereitzustellen, die einen geringen Energieverlust hat. In einer oder mehrerer Implementationen kann eine Anode für Betavoltaikbatterien bereitgestellt sein, in der Quantenpunkte (z. B. Quantum Dots), die ein radioaktives Isotop aufweisen, einem Strahlungsabsorber bereitgestellt sind, um als eine Betaquelle eingeführt zu werden. Ein Verfahren zum Herstellen der Anode für Betavoltaikbatterien wird beschrieben.
Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Offenbarung, eine Betavoltaikbatterie bereitzustellen, die verbesserte elektrochemische Eigenschaften aufweist.
Es ist noch ein anderes Ziel der vorliegenden Offenbarung, eine Betavoltaikbatterie bereitzustellen, die hohe Energieabsorption aufweist.
Eine Anode für Betavoltaikbatterien kann aufweisen: ein leitfähiges Substrat, eine Strahlungsabsorptionsschicht, die anorganische Partikel (z. B. einen anorganischen Partikel) und Farbstoffe (z. B. einen Farbstoff), die (z. B. der) an die anorganischen Partikel (z. B. das anorganische Partikel) angebunden sind (z. B. angebunden ist), und eine Betaemissionsschicht, die Quantenpunkte (z. B. Quantum Dots) aufweist. Die Betaemissionsschicht kann an der Strahlungsabsorptionsschicht angeordnet sein und die Quantenpunkte können ein radioaktives Isotop aufweisen, das konfiguriert ist, um Betastrahlung (z. B. Betastrahlen) zu emittieren. Die Strahlungsabsorptionsschicht kann an dem leitfähigen Substrat angeordnet sein.
Das leitfähige Substrat kann zumindest eines, das aus der Gruppe ausgewählt ist, aufweisen, die aus fluordotiertem Zinnoxid-(FTO-)Glas, Indiumzinnoxid-(ITO-)Glas, Indiumzinkoxid-(IZO-)Glas, aluminiumdotiertem Zinkoxid-(AZO-)Glas, galliumdotiertem Zinkoxid-(GZO-)Glas und Kombinationen davon besteht.
Die anorganischen Partikel können (z. B. das anorganische Partikel kann) Titandioxid (TiO₂) aufweisen.
Die anorganischen Partikel können (z. B. das anorganische Partikel kann) mit Titantetrachlorid (TiCl₄) behandelt sein.
Die Farbstoffe können zumindest eines, das aus der Gruppe ausgewählt ist, aufweisen, die aus N719, N3, N749 und Kombinationen davon besteht.
Die Strahlungsabsorptionsschicht kann aufweisen: eine erste Schicht, die erste anorganische Partikel, die einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von etwa 10 nm bis etwa 50 nm haben, und einen ersten Farbstoff, der an die ersten anorganischen Partikel (z. B. das erste anorganische Partikel) angebunden ist, aufweist, und eine zweite Schicht, die zweite anorganische Partikel, die einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von etwa 100 nm bis etwa 500 nm haben, und einen zweiten Farbstoff, der an die zweiten anorganischen Partikel (z. B. das zweite anorganische Partikel) angebunden ist, aufweist. Die zweite Schicht kann an (z. B. auf) der ersten Schicht angeordnet sein.
Ein Dickenverhältnis der ersten Schicht zu der zweiten Schicht kann etwa 1:0,5 bis etwa 1:2 sein.
Die Quantenpunkte können ein geheiztes (z. B. ein aufgeheiztes Produkt) aufweisen, das aus einem Polymer einer Verbindung, die in nachfolgender chemischer Formel 1 gezeigt ist, und quaternären Ammoniumionen resultiert,

und
¹⁴C kann ein radioaktives Isotop von Kohlenstoff darstellen.
Ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser der Quantenpunkte kann etwa 4 nm bis etwa 20 nm sein.
Eine Betavoltaikbatterie kann aufweisen: die zuvor beschriebene Anode, eine Einkapselung, die an (z. B. auf) der Anode angeordnet ist und mit einem Elektrolyten imprägniert ist, und eine Kathode, die an (z. B. auf) der Einkapselung angeordnet ist.
Die Kathode kann ein leitfähiges Substrat und eine Elektrodenschicht, die ein Edelmetall aufweist, aufweisen. Die Elektrodenschicht kann an (z. B. auf) dem leitfähigen Substrat angeordnet sein und das Edelmetall kann Platin (Pt) aufweisen.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Anode für Betavoltaikbatterien kann aufweisen: Bilden einer Strahlungsabsorptionsschicht durch Aufbringen von Pasten (z. B. einer Paste), die anorganische Partikel (z. B. ein anorganisches Partikel) aufweisen (z. B. aufweist), auf ein leitfähiges Substrat, Vorbereiten einer Vorstufenlösung durch Mischen einer organischen Säure, die in nachfolgender chemischer Formel 2 gezeigt ist, und einer Ammoniumlösung, Bilden einer Betaemissionsschicht, die Quantenpunkte aufweist, durch Aufbringen (z. B. Anwenden) der Vorstufenlösung auf die Strahlungsabsorptionsschicht und Heizen der Vorstufenlösung und Anbinden von Farbstoff(en) an die anorganischen Partikel (z. B. das anorganische Partikel) durch Eintauchen eines erhaltenen Ergebnisses (z. B. eines erhaltenen Ergebnisses der vorherigen Schritte) in die Farbstoffe (z. B. in den Farbstoff).
Die Quantenpunkte können ein radioaktives Isotop aufweisen, das konfiguriert ist, um Betastrahlen (z. B. Betastrahlung) zu emittieren,
wobei ¹⁴C ein radioaktives Isotop von Kohlenstoff darstellt.
Das Verfahren kann aufweisen: Behandeln der anorganischen Partikel (z. B. des anorganischen Partikels) mit Titantetrachlorid (TiCl₄) durch Einweichen der Strahlungsabsorptionsschicht in Titantetrachlorid (TiCl₄) und anschließendes Durchführen von Hitzebehandlung (z. B. Wärmebehandlung).
Das Bilden der Strahlungsabsorptionsschicht kann aufweisen: Vorbereiten einer ersten Schicht durch Aufbringen (z. B. Anwenden) einer Paste, die erste anorganische Partikel (z. B. ein erstes anorganisches Partikel) mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von etwa 10 nm bis etwa 50 nm aufweist, auf das leitfähige Substrat und Vorbereiten einer zweiten Schicht durch Aufbringen (z. B. Anwenden) einer Paste, die zweite anorganische Partikel (z. B. ein zweites anorganisches Partikel) mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von etwa 100 nm bis etwa 500 nm aufweist, auf die erste Schicht.
Andere Aspekte und/oder bevorzugte Beispiele der vorliegenden Offenbarung sind nachfolgend beschrieben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Betavoltaikbatterie,
2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Anode,
3 zeigt eine Referenzansicht des Verwendungsverfahrens der Betavoltaikbatterie,
4 zeigt Ergebnisse einer Beobachtung einer Strahlungsabsorptionsschicht gemäß Beispiel 1 durch hochauflösende Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (HR-FESEM),
5 zeigt Ergebnisse einer Messung von Leistungen (z. B. Verhalten) von Betavoltaikbatterien gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 unter Verwendung eines Sonnensimulators und
6 zeigt Ergebnisse einer Messung von Leistungen (z. B. Verhalten) von Betavoltaikbatterien gemäß Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2 unter Verwendung eines Messinstruments.

Es sollte verstanden werden, dass die beigefügten Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale darstellen, die die Grundprinzipien der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen. Die spezifischen Ausgestaltungsmerkmale der vorliegenden Offenbarung, wie sie hier offenbart sind, einschließlich z. B. spezifischer Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen, werden zum Teil durch die jeweilig beabsichtigte Anwendung und Einsatzumgebung bestimmt
In den Figuren bezeichnen (gleiche) Bezugszeichen dieselben oder äquivalente Teile der vorliegenden Offenbarung über die mehreren Figuren der Zeichnung hinweg.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die zuvor beschriebenen Ziele, andere Ziele, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden aus den Beschreibungen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf die hier explizit offenbarten Beispiele beschränkt und kann in verschiedenen Formen umgesetzt werden. Die Beispiele werden bereitgestellt, um die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ausführlich zu machen und den Umfang der vorliegenden Offenbarung den Fachleuten vollständig zu vermitteln.
In der folgenden Beschreibung werden die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, auch wenn sie in verschiedenen Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen können die Abmessungen von Strukturen im Vergleich zu ihren tatsächlichen Abmessungen übertrieben dargestellt sein, um die Beschreibung zu verdeutlichen. In der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen können Begriffe wie „erste/erster/erstes“ und „zweite/zweiter/zweites“ verwendet werden, um verschiedene Elemente zu beschreiben, ohne diese jedoch einzuschränken. Diese Begriffe können lediglich zur Unterscheidung eines Elements von anderen Elementen verwendet werden. Zum Beispiel kann ein erstes Element als ein zweites Element bezeichnet werden, und ebenso kann ein zweites Element als ein erstes Element bezeichnet werden. Ausdrücke im Singular können Ausdrücke im Plural umfassen, es sei denn, sie haben klar unterschiedliche kontextuelle Bedeutungen.
In der folgenden Beschreibung sind Begriffe wie „aufweisend“, „enthaltend“ und „mit“ so zu verstehen, dass sie das Vorhandensein der in der Beschreibung genannten Merkmale, Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente oder Teile oder Kombinationen davon bezeichnen, und das Vorhandensein eines oder mehrerer anderer Merkmale, Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente, Teile oder Kombinationen davon oder die Möglichkeit, diese hinzuzufügen, nicht ausschließen. Wenn ein Teil, z. B. eine Schicht, ein Film, ein Bereich oder eine Platte, als „auf“ einem anderen Teil liegend bezeichnet wird, kann das Teil „direkt auf“ dem anderen Teil liegen oder es können andere Teile zwischen den beiden Teilen angeordnet sein. Auf dieselbe Weise wird verstanden, dass wenn ein Teil wie etwa eine Schicht, ein Film, ein Bereich oder eine Platte, als „unter“ einem anderen Teil bezeichnet wird, sich das Teil „direkt unter“ dem anderen Teil befinden kann oder andere Teile zwischen den beiden Teilen angeordnet sein können.
Alle in der Beschreibung verwendeten Zahlen, Werte und/oder Ausdrücke, die Mengen von Komponenten, Reaktionsbedingungen, Polymerzusammensetzungen und Mischungen repräsentieren, sind Näherungswerte, in denen sich verschiedene Messunsicherheiten widerspiegeln, die entstehen, wenn diese Werte aus im Wesentlichen unterschiedlichen Dingen gewonnen werden, und es ist daher zu verstehen, dass sie durch den Begriff „etwa“ modifiziert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Außerdem ist zu verstehen, dass wenn in der Beschreibung ein numerischer Bereich angegeben ist, dieser alle kontinuierlichen Werte von einem Minimalwert bis zu einem Maximalwert des Bereichs umfasst, sofern nichts anderes angegeben ist. Ferner, falls sich ein solcher Bereich auf ganze Zahlen bezieht, so umfasst der Bereich alle ganzen Zahlen von einer minimalen ganzen Zahl bis zu einer maximalen ganzen Zahl, sofern nichts anderes angegeben ist.
1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Betavoltaikbatterie zeigt. Bezogen auf diese Figur kann die Betavoltaikbatterie aufweisen: eine Anode 10, eine Einkapselung 20, die an (z. B. auf) der Anode 10 angeordnet ist und mit einem Elektrolyten imprägniert ist, und eine Kathode 30, die an (z. B. auf) der Einkapselung 20 angeordnet ist.
2 ist eine Querschnittsansicht, die die Anode 10 zeigt (z. B. die Anode 10 aus 1). Bezogen auf diese Figur, kann die Anode 10 aufweisen: ein leitfähiges Substrat 11, eine Strahlungsabsorptionsschicht 12, die an (z. B. auf) dem leitfähigen Substrat 11 angeordnet ist, und eine Betaemissionsschicht 13, die an (z. B. auf) der Strahlungsabsorptionsschicht 12 angeordnet ist.
Das leitfähige Substrat 11 kann zumindest eines, das aus der Gruppe ausgewählt ist, aufweisen, die aus fluordotiertem Zinnoxid-(FTO-)Glas, Indiumzinnoxid-(ITO-)Glas, Indiumzinkoxid-(IZO-)Glas, aluminiumdotiertem Zinkoxid-(AZO-)Glas, galliumdotiertem Zinkoxid-(GZO-)Glas und/oder Kombinationen davon besteht.
Das leitfähige Substrat 11 kann mit Titantetrachlorid (TiCl₄) behandelt sein/werden. Dadurch kann die Strahlungsabsorptionsschicht 12, die Porosität aufweist, ausreichend Oberflächenstellen mit dem leitfähigen Material (z. B. dem leitfähigen Substrat) 11 erlangen. Gleichzeitig kann eine Rekombination von Elektronen, die durch die Strahlungsabsorptionsschicht 12 übertragen (z. B. transferiert) sind/wurden, mit Iodionen (I^3-) in dem Elektrolyten verhindert werden und somit kann ein Photostromverlust und Effizienzreduktion unterdrückt sein/werden.
Die Strahlungsabsorptionsschicht 12 kann anorganische Partikel aufweisen. Die anorganischen Partikel können Titandioxid (TiO₂) aufweisen.
Die anorganischen Partikel können mit Titantetrachlorid (TiCl₄) behandelt sein/werden. Dadurch kann eine Bindungskraft zwischen den anorganischen Partikeln erhöht sein und die Farbstoffmenge, die an die anorganischen Partikel bindet kann somit erhöht sein.
Die Farbstoffe können rutheniumbasierte (Ru-basierte) Farbstoffe sein. Zum Beispiel können die Farbstoffe zumindest eines, ausgewählt aus der Gruppe aufweisen, die aus N719, N3, N749 und/oder Kombinationen davon besteht.
N719 kann eine Verbindung sein, die in nachfolgender chemischer Formel 3 dargestellt ist.
TBA kann hier Tetrabutylammonium sein.
N3 kann eine Verbindung sein, die in nachfolgender chemischer Formel 4 dargestellt ist.
N749 kann eine Verbindung sein, die in nachfolgender chemischer Formel 5 dargestellt ist.

TBA kann hier Tetrabutylammonium sein.
Die Strahlungsabsorptionsschicht 12 kann eine Multilagenstruktur aufweisen, die zum Beispiel eine erste Schicht 121 und eine zweite Schicht 122 aufweist, wie in 2 gezeigt ist. Die erste Schicht 121 kann erste anorganische Partikel, die einen kleinen durchschnittlichen Partikeldurchmesser haben, und einen ersten Farbstoff, der an die ersten anorganischen Partikel angebunden ist, aufweisen und die zweite Schicht 122 kann zweite anorganische Partikel, die einen großen durchschnittlichen Partikeldurchmesser haben, und einen zweiten Farbstoff, der an die zweiten anorganischen Partikel angebunden ist, aufweisen. Wenn die Strahlungsabsorptionsschicht 12 derart gebildet ist, dass sie eine Multilagenstruktur aufweist, die anorganische Partikel mit verschiedenen durchschnittlichen Partikeldurchmessern aufweist, kann eine Energieabsorption erhöht sein/werden.
Der durchschnittliche Partikeldurchmesser der ersten anorganischen Partikel kann 10 nm bis 50 nm betragen und der durchschnittliche Partikeldurchmesser der zweiten anorganischen Partikel kann 100 nm bis 500 nm betragen.
Der erste Farbstoff und der zweite Farbstoff können jeweils rutheniumbasierte Farbstoffe sein und der erste Farbstoff und der zweite Farbstoff können verschieden oder gleich sein.
Das Dickenverhältnis von der ersten Schicht 121 zu der zweiten Schicht 122 kann 1:0,5 bis 1:2 betragen. Wenn das Dickenverhältnis in dem zuvor genannten Bereich liegt, kann Energieabsorption erhöht sein.
Die Strahlungsabsorptionsschicht 12 kann eine Dicke von 2 µm bis 25 µm haben. Wenn die Dicke der Strahlungsabsorptionsschicht 12 in diesem Bereich liegt, kann die Strahlungsabsorptionsschicht 12 Elektronen (Betateilchen), die von Quantenpunkten emittiert wurden/werden, effektiv zu dem leitfähigen Substrat 11 übertragen.
3 ist eine Referenzansicht, die das Verwendungsverfahrens der Betavoltaikbatterie zeigt. Bezogen auf diese Figur werden Elektronen (Betateilchen), die von den Quantenpunkten der Betaemissionsschicht emittiert wurden/werden, zu dem leitfähigen Substrat der Anode durch die Strahlungsabsorptionsschicht übertragen. Die Elektronen (Betateilchen) wandern durch einen externen Leiter zu der Kathode, passieren durch eine Elektrodenschicht (Pt) und den Elektrolyten (I^-) durch elektrochemische Reaktionen und werden zu den Farbstoffen der Strahlungsabsorptionsschicht übertragen. Elektrische Energie kann durch das Wandern der vorherigen Elektronen (Betateilchen) erzeugt (z. B. erlangt) werden.
Die Betaemissionsschicht 13 (z. B. die Betaemissionsschicht 13, die in 1 und 2 gezeigt ist) kann Quantenpunkte aufweisen und die Quantenpunkte können ein radioaktives Isotop aufweisen, das Betastrahlen emittiert. Die Quantenpunkte können durch Verbrennen oder Karbonisieren eines Polymers einer Verbindung, die in nachfolgender chemischer Formel 1 dargestellt ist, und quaternärer Ammoniumionen erlangt werden.
¹⁴C gibt hier ein radioaktives Isotop von Kohlenstoff an.
Die quaternären Ammoniumionen können zumindest eines, ausgewählt aus der Gruppe, aufweisen, die aus NH⁴⁺, NRH³⁺, NR₂H²⁺, NR₃H⁺ und/oder Kombinationen davon besteht. R kann hier eine substituierte oder unsubstituierte Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen sein.
Die Quantenpunkte können durch untenstehende Reaktionsgleichung 1 erlangt werden. Jedoch ist Reaktionsgleichung 1 ein Beispiel für eine Umsetzung zur Unterstützung beim Verstehen der vorliegenden Offenbarung und Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind somit nicht darauf beschränkt.
Der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Quantenpunkte kann 4 nm bis 20 nm betragen. Wenn der durchschnittliche Partikeldurchmesser weniger als 4 nm beträgt, kann es sein, dass die Größen der Quantenpunkte nicht einheitlich sind, und die Lebensdauer der Quantenpunkte kann aufgrund von Wärme, etc. kurz sein. Hingegen ist, wenn der durchschnittliche Partikeldurchmesser 20 nm übersteigt, die Anzahl der Quantenpunkte in einem gegebenen Bereich klein, und die Emissionsmenge an Betastrahlen kann somit reduziert sein.
Die Dicke der Betaemissionsschicht 13 kann abhängig vom Zweck der Betavoltaikbatterie entsprechend angepasst sein/werden.
Die Einkapselung 20 kann einen Raum bereitstellen, der mit einem Elektrolyten imprägniert sein/werden kann, zum Beispiel zwischen der Anode 10 und der Kathode 30.
Der Elektrolyt kann eine iodbasierte Verbindung aufweisen.
Die Kathode 30 kann ein leitfähiges Substrat 31 und eine Elektrodenschicht 32, die an (z. B. auf) dem leitfähigen Substrat 31 angeordnet ist, aufweisen.
Das leitfähige Substrat 31 kann zumindest eines, das aus der Gruppe ausgewählt ist, aufweisen, die aus fluordotiertem Zinnoxid-(FTO-)Glas, Indiumzinnoxid-(ITO-)Glas, Indiumzinkoxid-(IZO-)Glas, aluminiumdotiertem Zinkoxid-(AZO-)Glas, galliumdotiertem Zinkoxid-(GZO-)Glas und Kombinationen davon besteht.
Die Elektrodenschicht 32 kann ein Edelmetall aufweisen. Das Edelmetall kann Platin (Pt) aufweisen.
Ein Verfahren zum Herstellen der Anode 10 für Betavoltaikbatterien gemäß der vorliegenden Offenbarung kann aufweisen: Bilden der Strahlungsabsorptionsschicht 12 durch Aufbringen (z. B. Anwenden) von Pasten, die anorganische Partikel aufweisen, auf das leitfähige Substrat 11, Vorbereiten einer Vorstufenlösung durch Mischen einer organischen Säure und einer Ammoniumlösung, Bilden der Betaemissionsschicht 13, die Quantenpunkte aufweist, durch Aufbringen (z. B. Anwenden) der Vorstufenlösung auf die Strahlungsabsorptionsschicht 12 und Heizen der Vorstufenlösung und Anbinden von Farbstoffen an die anorganischen Partikel durch Eintauchen eines erhaltenen Ergebnisses (z. B. eines erhaltenen Ergebnisses der vorherigen Schritte) in die Farbstoffe.
Das leitfähige Substrat 11 kann wie zuvor beschrieben mit Titantetrachlorid (TiCl₄) behandelt werden. Behandlung des leitfähigen Substrats 11 mit Titantetrachlorid (TiCl₄) ist nicht auf ein bestimmtes Verfahren beschränkt und das leitfähige Substrat 11 kann zum Beispiel in Titantetrachlorid (TiCl₄) eingetaucht und dann Hitzebehandelt werden.
Die Strahlungsabsorptionsschicht 12 kann gebildet werden durch: Vorbereiten der ersten Schicht 121 durch Aufbringen einer Paste, die die ersten anorganischen Partikel mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 10 nm bis 50 nm aufweist, auf das leitfähige Substrat 11 und Vorbereiten der zweiten Schicht 122 durch Aufbringen einer Paste, die die zweiten anorganischen Partikel mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 100 nm bis 500 nm aufweist, auf die erste Schicht 121.
Um die anorganischen Partikel mit Titantetrachlorid (TiCl₄) zu behandeln, kann die Strahlungsabsorptionsschicht 12 in Titantetrachlorid (TiCl₄) eingetaucht und Hitzebehandelt werden.
Die Vorstufenlösung kann durch Zugeben der Ammoniumlösung zu einer gemischten Lösung vorbereitet werden, die die organische Säure, die in chemischer Formel 2 dargestellt ist, und eine wässrige Ethanollösung aufweist.
¹⁴C gibt hier ein radioaktives Isotop von Kohlenstoff an.
Die wässrige Ethanollösung kann eine wässrige Ethanollösung mit einer Konzentration von 85,0 Volumenprozent bis 99,9 Volumenprozent sein.
5 Volumenteile bis 20 Volumenteile der Ammoniumlösung können basierend auf 100 Volumenteilen der gemischten Lösung zugegeben werden. Wenn die zugegebene Menge der Ammoniumlösung weniger als 5 Volumenteile beträgt, kann eine Kondensationsreaktion zwischen der organischen Lösung und dem Ammonium auftreten. Wenn die zugegebene Menge der Ammoniumlösung 20 Volumenteile überschreitet, wird eine übermäßige Menge an Feuchtigkeit entfernt und die Oberflächen der Quantenpunkte können daher beschädigt werden.
Die Betaemissionsschicht 13 kann durch Aufbringen der Vorstufenlösung auf die Strahlungsabsorptionsschicht 12 und Heizen der Vorstufenlösung gebildet werden.
Aufbringen der Vorstufenlösung ist nicht auf ein bestimmtes Verfahren beschränkt und die Vorstufenlösung kann durch Stangenbeschichtung (z. B. Bar Coating), Sprühbeschichtung (z. B. Spray Coating), Tropfbeschichtung (z. B. Drop Coating), etc. auf die Strahlungsabsorptionsschicht 12 aufgebracht werden. Zum Beispiel kann die Vorstufenlösung tropfenweise auf die Strahlungsabsorptionsschicht 12 aufgebracht werden, während sie getrocknet wird.
Das Heizen der Vorstufenlösung kann bei einer Temperatur von 140 °C bis 300 °C für 2 Stunden bis 8 Stunden durchgeführt werden. Wenn die Heiztemperatur niedriger als 140 °C ist, kann es sein, dass Kohlenstoffkerne nicht richtig gebildet werden. Wenn die Heiztemperatur 300 °C übersteigt, können die Größen der Quantenpunkte schnell ansteigen. Ferner ist, wenn die Heizzeit weniger als 2 Stunden beträgt, die Energiemenge, die für die Reaktionen notwendig ist, klein und die Größen der Quantenpunkte kann daher stark verringert sein. Wenn die Heizzeit 8 Stunden übersteigt, können die Größen der Quantenpunkte aufgrund eines Energieüberschusses uneinheitlich werden.
Die Farbstoffe können an die anorganischen Partikel angebunden werden, indem ein Stapel, der das leitfähige Substrat 11, die Strahlungsabsorptionsschicht 12 und die Betaemissionsschicht 13 aufweist, in die Farbstoffe eingetaucht wird. Die Anode für Betavoltaikbatterien kann zum Beispiel durch Reinigen des Stapels mit Ethanol oder Ähnlichem und Trocknen des Stapels erlangt werden, nachdem das Eintauchen des Stapels in die Farbstoffe abgeschlossen ist.
Nachfolgend werden verschiedene Beispiele detaillierter beschrieben. Die folgenden Beispiele sind beispielhaft und die folgenden Beschreibungen davon sind nicht dazu gedacht, den Umfang der Offenbarung einzuschränken.
Verhaltensbeurteilung abhängig von Titantetrachlorid-(TiCl₄-)Behandlung
Beispiel 1
Herstellung der Anode
FTO-Glas wurde in 1 % Mucasol® in Wasser gegeben, was als Reinigungslösung dient, und wurde für 30 Minuten im Ultraschallbad behandelt. Das gereinigte FTO-Glas und 7,5 ml 40 mM TiCl₄-Lösung wurden in eine Petrischale gegeben. Die Petrischale wurde für etwa 30 Minuten auf einer Heizplatte mit einer Temperatur von etwa 70 °C platziert. Anschließend wurde die Heizplatte auf etwa 500 °C bei einer Rate von etwa 5 °C/min aufgeheizt und dann für etwa 30 Minuten geheizt.
Ein rechteckiges Muster mit einer Größe von 1,0 cm Breite x 0,4 cm Länge wurde unter Verwendung eines 3M®-Bandes im Zentrum des mit Titantetrachlorid (TiCl₄) behandelten FTO-Glases gebildet. Eine Paste, die TiO₂ aufweist, mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von etwa 20 nm wurde auf das FTO-Glas mit dem darauf gebildeten Muster aufgebracht. Eine erste Schicht wurde durch Aufheizen eines erhaltenen Ergebnisses auf eine Temperatur von etwa 500 °C mit einer Rate von etwa 5°C/min und anschließendem Heizen für etwa 30 Minuten gebildet.
Eine Paste, die TiO₂ aufweist, mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von etwa 300 nm wurde auf die erste Schicht aufgebracht. Eine zweite Schicht wurde durch Aufheizen eines erhaltenen Ergebnisses auf eine Temperatur von etwa 500 °C mit einer Rate von etwa 5°C/min und anschließendem Heizen für etwa 30 Minuten gebildet.
Nach dem Bilden der zweiten Schicht wurden das FTO-Glas und 7,5 ml 40mM TiCl4 -Lösung in eine Petrischale gegeben. Die Petrischale wurde für etwa 30 Minuten auf einer Heizplatte mit einer Temperatur von etwa 70 °C platziert. Anschließend wurde die Heizplatte auf etwa 500 °C bei einer Rate von etwa 5 °C/min aufgeheizt und dann für etwa 30 Minuten geheizt.
In einem Zustand, in dem eine Betaemissionsschicht nicht gebildet ist, wurde das FTO-Glas bei Raumtemperatur für etwa 24 Stunden in 0,5 mM N719 eingetaucht, was ein rutheniumbasierter (Ru-basierter) Farbstoff ist, sodass der Farbstoff an die anorganischen Partikel angebunden wurde. Anschließend wurde der Farbstoff mit wasserfreiem Alkohol (99,5 %) abgewaschen und mit einer Luftpistole getrocknet.
Herstellung der Kathode
Zwei Elektrolyteinlässe wurden unter Verwendung eines Bohrers in FTO-Glas gebildet. Das FTO-Glas wurde in wasserfreien Ethylalkohol gegeben und wurde durch Behandlung im Ultraschallbad für 30 Minuten gereinigt.
Eine Platinlösung wurde durch Mischen von 0,05179 g H₂PtCl₄ und 10 ml Isopropanol vorbereitet.
Ein rechteckiges Muster mit einer Größe von 1,0 cm Breite x 1,5 cm Länge wurde unter Verwendung eines 3M®-Bandes auf dem FTO-Glas gebildet. Eine Elektrodenschicht wurde durch dreimaliges Tropfen von 10 µl der Platinlösung darauf gebildet. Ein erhaltenes Ergebnis wurde auf etwa 400 °C bei einer Rate von etwa 10 °C/min aufgeheizt und dann für etwa 15 Minuten geheizt.
Herstellung der Betavoltaikbatterie
Ein Stapel wurde durch Anordnen einer Surlyn®-Folie (z. B. eines Surlyn®-Blattes), die auf eine Größe von 1,0 cm Breite x 1,6 cm Länge geschnitten wurde, zwischen der Anode und der Kathode und anschließend durchgeführter Hitzebehandlung bei einer Temperatur von etwa 120 °C erlangt. Ein I^-/I^3--Elektrolyt wurde in die Elektrolyteinlässe injiziert.
Vergleichsbeispiel 1
Herstellung der Anode
FTO-Glas wurde in 1% Mucasol® in Wasser gegeben, was als Reinigungslösung dient, und wurde für 30 Minuten im Ultraschallbad behandelt.
Ein rechteckiges Muster mit einer Größe von 1,0 cm Breite x 0,4 cm Länge wurde unter Verwendung eines 3M®-Bandes im Zentrum des gereinigten FTO-Glases gebildet.
Eine Paste, die TiO₂ aufweist, mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von etwa 20 nm wurde auf das FTO-Glas mit dem darauf gebildeten Muster aufgebracht. Eine erste Schicht wurde durch Aufheizen eines erhaltenen Ergebnisses auf eine Temperatur von etwa 500 °C mit einer Rate von etwa 5°C/min und anschließendem Heizen für etwa 30 Minuten gebildet.
Eine Paste, die TiO₂ aufweist, mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von etwa 300 nm wurde auf die erste Schicht aufgebracht. Eine zweite Schicht wurde durch Aufheizen eines erhaltenen Ergebnisses auf eine Temperatur von etwa 500 °C mit einer Rate von etwa 5°C/min und anschließendem Heizen für etwa 30 Minuten gebildet.
In einem Zustand, in dem eine Betaemissionsschicht nicht gebildet ist, wurde das FTO-Glas bei Raumtemperatur für etwa 24 Stunden in 0,5 mM N719 eingetaucht, was ein rutheniumbasierter (Ru-basierter) Farbstoff ist, sodass der Farbstoff an die anorganischen Partikel angebunden wurde. Anschließend wurde der Farbstoff mit wasserfreiem Alkohol (99,5 %) abgewaschen und mit einer Luftpistole getrocknet.
Herstellung der Kathode
Zwei Elektrolyteinlässe wurden unter Verwendung eines Bohrers in FTO-Glas gebildet. Das FTO-Glas wurde in wasserfreien Ethylalkohol gegeben und wurde durch Behandlung im Ultraschallbad für 30 Minuten gereinigt.
Eine Platinlösung wurde durch Mischen von 0,05179 g H₂PtCl₄ und 10 ml Isopropanol vorbereitet.
Ein rechteckiges Muster mit einer Größe von 1,0 cm Breite x 1,5 cm Länge wurde unter Verwendung eines 3M®-Bandes auf dem FTO-Glas gebildet. Eine Elektrodenschicht wurde durch dreimaliges Tropfen von 10 µl der Platinlösung darauf gebildet. Ein erhaltenes Ergebnis wurde auf etwa 400 °C bei einer Rate von etwa 10 °C/min aufgeheizt und dann für etwa 15 Minuten geheizt.
Herstellung der Betavoltaikbatterie
Ein Stapel wurde durch Anordnen einer Surlyn®-Folie (z. B. eines Surlyn®-Blattes), die auf eine Größe von 1,0 cm Breite x 1,6 cm Länge geschnitten wurde, zwischen der Anode und der Kathode und anschließend durchgeführter Hitzebehandlung bei einer Temperatur von etwa 120 °C erlangt. Ein I^-/I^3--Elektrolyt wurde in die Elektrolyteinlässe injiziert.
Die Betavoltaikbatterie gemäß Beispiel 1 wurde durch Behandeln des leitfähigen Substrats und der Strahlungsabsorptionsschicht der Anode mit Titantetrachlorid (TiCl₄) erlangt und die Betavoltaikbatterie gemäß Vergleichsbeispiel 1 wurde ohne Durchführung einer Behandlung mit Titantetrachlorid (TiCl₄) erlangt. 4 ist ein Bild, das Ergebnisse der Beobachtung der Strahlungsabsorptionsschicht gemäß Beispiel 1 mittels hochauflösender Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (HR-FESEM) darstellt. Die Dicke der ersten Schicht und der zweiten Schicht betrug in jeweils zugeordneter Weise 7,61 µm und 9,19 µm.
Verhalten der Betavoltaikbatterien gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 wurden mittels eines Sonnensimulators gemessen. Der Sonnensimulator hat Spannungen und Ströme der Betavoltaikbatterien mit einer Ausgabeintensität von 1 Sonne durch direktes Verbinden eines elektrischen Drahts mit der Betavoltaikbatterie gemessen. Ergebnisse der Messungen sind in 5 gezeigt. Bezogen auf diese Figur kann bestätigt werden, dass die Betavoltaikbatterie gemäß Beispiel 1 eine höhere Effizienz aufgrund eines erhöhten Kurzschlussstroms J_sc aufweist.
Ferner wurden die elektrischen Charakteristika der Betavoltaikbatterien gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 gemessen und in untenstehender Tabelle 1 dargestellt. Bezogen auf diese Tabelle kann bestätigt werden, dass die Zelleffizient der Betavoltaikbatterie gemäß Beispiel 1 viel höher war, als die Zelleffizienz der Betavoltaikbatterie gemäß Vergleichsbeispiel 1. Tabelle 1

Kategorie Voc [V] Isc [mA] Füllfaktor [%] Effizienz [%]

Beispiel 1 0,75 5,72 57,52 6,14

Vergleichsbeispiel 1 0,74 5,21 59,76 5,78
Verhaltensbeurteilung abhängig von Einführung von Quantenpunkten.
Beispiel 2
Herstellung der Anode
FTO-Glas wurde in 1% Mucasol® in Wasser gegeben, was als Reinigungslösung dient, und wurde für 30 Minuten im Ultraschallbad behandelt. Das gereinigte FTO-Glas und 7,5 ml 40 mM TiCl₄-Lösung wurden in eine Petrischale gegeben. Die Petrischale wurde für etwa 30 Minuten auf einer Heizplatte mit einer Temperatur von etwa 70 °C platziert. Anschließend wurde die Heizplatte auf etwa 500 °C bei einer Rate von etwa 5 °C/min aufgeheizt und dann für etwa 30 Minuten geheizt.
Ein rechteckiges Muster mit einer Größe von 1,0 cm Breite x 0,4 cm Länge wurde unter Verwendung eines 3M®-Bandes im Zentrum des mit Titantetrachlorid (TiCl₄) behandelten FTO-Glases gebildet. Eine Paste, die TiO₂ aufweist, mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von etwa 20 nm wurde auf das FTO-Glas mit dem darauf gebildeten Muster aufgebracht. Eine erste Schicht wurde durch Aufheizen eines erhaltenen Ergebnisses auf eine Temperatur von etwa 500 °C mit einer Rate von etwa 5°C/min und anschließendem Heizen für etwa 30 Minuten gebildet.
Eine Paste, die TiO₂ aufweist, mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von etwa 300 nm wurde auf die erste Schicht aufgebracht. Eine zweite Schicht wurde durch Aufheizen eines erhaltenen Ergebnisses auf eine Temperatur von etwa 500 °C mit einer Rate von etwa 5°C/min und anschließendem Heizen für etwa 30 Minuten gebildet.
Nach dem Bilden der zweiten Schicht wurden das FTO-Glas und 7,5 ml 40mM TiCl₄ -Lösung in eine Petrischale gegeben. Die Petrischale wurde für etwa 30 Minuten auf eine Heizplatte mit einer Temperatur von etwa 70 °C gelegt. Anschließend wurde die Heizplatte auf etwa 500 °C bei einer Rate von etwa 5 °C/min aufgeheizt und dann für etwa 30 Minuten geheizt.
Eine Vorstufenlösung wurde durch Zugeben von 1 ml einer Ammoniumlösung (mit 0,1 ml Ammoniumhydroxid und 9,9 ml (z. B. 0,9 ml) destilliertem Wasser) zu 10 ml einer gemischten Lösung aus einer organischen Säure mit ¹⁴C, was ein radioaktives isotop von Kohlenstoff ist, die in nachfolgender chemischer Formel 2 dargestellt ist, und einem Lösemittel (mit Ethanol und destilliertem Wasser in einem Verhältnis von 1:9).
Eine Betaemissionsschicht wurde durch tropfenweises Aufbringen von insgesamt 50 µl der Vorstufenlösung auf die zweite Lage gebildet während sie bei einer Temperatur von etwa 80 °C getrocknet wurde. Anschließend wurde ein erlangtes Ergebnis auf eine Temperatur von etwa 200 °C bei einer Rate von etwa 10 °C/min aufgeheizt und dann für etwa 3 Stunden geheizt.
Das Ergebnis wurde bei Raumtemperatur für etwa 24 Stunden in 0,5 mM N719 eingetaucht, was ein rutheniumbasierter (Ru-basierter) Farbstoff ist, sodass der Farbstoff an die anorganischen Partikel angebunden wurde. Anschließend wurde der Farbstoff mit wasserfreiem Alkohol (99,5 %) abgewaschen und mit einer Luftpistole getrocknet.
Herstellung der Kathode
Zwei Elektrolyteinlässe wurden unter Verwendung eines Bohrers in FTO-Glas gebildet. Das FTO-Glas wurde in wasserfreien Ethylalkohol gegeben und wurde durch Behandlung im Ultraschallbad für 30 Minuten gereinigt.
Eine Platinlösung wurde durch Mischen von 0,05179 g H₂PtCl₄ und 10 ml Isopropanol vorbereitet.
Ein rechteckiges Muster mit einer Größe von 1,0 cm Breite x 1,5 cm Länge wurde unter Verwendung eines 3M®-Bandes auf dem FTO-Glas gebildet. Eine Elektrodenschicht wurde durch dreimaliges Tropfen von 10 µl der Platinlösung darauf gebildet. Ein erhaltenes Ergebnis wurde auf etwa 400 °C bei einer Rate von etwa 10 °C/min aufgeheizt und dann für etwa 15 Minuten geheizt.
Herstellung der Betavoltaikbatterie
Ein Stapel wurde durch Anordnen einer Surlyn®-Folie (z. B. eines Surlyn®-Blattes), die auf eine Größe von 1,0 cm Breite x 1,6 cm Länge geschnitten wurde, zwischen der Anode und der Kathode und anschließend durchgeführter Hitzebehandlung bei einer Temperatur von etwa 120 °C erlangt. Ein I^-/I^3--Elektrolyt wurde in die Elektrolyteinlässe injiziert.
Vergleichsbeispiel 2
Eine Betavoltaikbatterie wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, außer dass eine Verbindung ohne irgendwelche radioaktiven Isotope als eine organische Säure verwendet wurde.
Verhalten der Betavoltaikbatterien gemäß Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2 wurden unter Verwendung eines Messinstruments gemessen. Ergebnisse der Messungen sind in 6 gezeigt. Ferner wurden die elektrischen Charakteristika der Betavoltaikbatterien gemäß Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2 gemessen und in untenstehender Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2

Kategorie Voc [V] Isc [mA] Füllfaktor [%] Effizienz [%]

Beispiel 2 15,1 13,6 52,3 3,220

Vergleichsbeispiel 2 0,0539 19,8 20,0 0,003
Bezogen auf diese Tabelle kann bestätigt werden, dass die Betavoltaikbatterie gemäß Beispiel 2 eine Effizienz von 3,220 % zeigt und die Betavoltaikbatterie gemäß Vergleichsbeispiel 2 eine Effizienz von 0,003 % zeigt.
Wie aus der vorherigen Beschreibung ersichtlich ist, kann die vorliegende Offenbarung/Erfindung eine Betavoltaikbatterie mit einem geringen Energieverlust bereitstellen.
Ferner kann die vorliegende Offenbarung eine Betavoltaikbatterie mit verbesserten elektrochemischen Eigenschaften bereitstellen.
Außerdem kann die vorliegende Offenbarung eine Betavoltaikbatterie mit einer hohen Energieabsorption bereitstellen.
Verschiedene Beispiele wurden detailliert beschrieben. Jedoch werden Fachleute anerkennen, dass Änderungen an den hier beschriebenen Beispielen durchgeführt werden können, ohne von den Prinzipien der Erfindung abzuweichen, deren Umfang in den angehängten Ansprüchen und deren Äquivalenten definiert ist.

Claims

Anode (10), aufweisend: ein leitfähiges Substrat (11), eine Strahlungsabsorptionsschicht (12), die mindestens einen anorganischen Partikel und einen Farbstoff, der an den mindestens einen anorganischen Partikel angebunden ist, aufweist, wobei die Strahlungsabsorptionsschicht (12) auf dem leitfähigen Substrat (11) angeordnet ist, und eine Betaemissionsschicht (13), die einen Quantenpunkt aufweist, wobei die Betaemissionsschicht (13) auf der Strahlungsabsorptionsschicht (12) angeordnet ist, und wobei der Quantenpunkt ein radioaktives Isotop aufweist, das derart konfiguriert ist, dass es einen Betastrahl emittiert.
Anode (10) nach Anspruch 1, wobei das leitfähige Substrat (11) aufweist: mindestens eines von fluordotiertem Zinnoxid-(FTO-)Glas, Indiumzinnoxid-(ITO-)Glas, Indiumzinkoxid-(IZO-)Glas, aluminiumdotiertem Zinkoxid-(AZO-)Glas, galliumdotiertem Zinkoxid-(GZO-)Glas oder irgendeiner Kombination davon.
Anode (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine anorganische Partikel Titandioxid (TiO₂) aufweist.
Anode (10) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der mindestens eine anorganische Partikel mit Titantetrachlorid (TiCl₄) behandelt ist.
Anode (10) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Farbstoff aufweist: mindestens eines von N719, N3, N749 oder irgendeiner Kombination davon.
Anode (10) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Strahlungsabsorptionsschicht (12) aufweist: eine erste Schicht (121), die einen ersten anorganischen Partikel mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von etwa 10 nm bis etwa 50 nm und einen ersten Farbstoff, der an den ersten anorganischen Partikel angebunden ist, aufweist, und eine zweite Schicht (122), die einen zweiten anorganischen Partikel mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von etwa 100 nm bis etwa 500 nm und einen zweiten Farbstoff, der an den zweiten anorganischen Partikel angebunden ist, aufweist, wobei die zweite Schicht (122) auf der ersten Schicht (121) angeordnet ist.
Anode (10) nach Anspruch 6, wobei ein Dickenverhältnis der ersten Schicht (121) zu der zweiten Schicht (122) etwa 1:0,5 bis etwa 1:2 beträgt.
Anode (10) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Quantenpunkt ein geheiztes Produkt aufweist, das aus einem Polymer einer Verbindung, die in nachfolgender chemischer Formel 1 dargestellt ist, und einem quaternären Ammoniumion resultiert,

wobei ¹⁴C ein radioaktives Isotop von Kohlenstoff darstellt.
Anode (10) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser des Quantenpunkts etwa 4 nm bis etwa 20 nm beträgt.
Betavoltaikbatterie, aufweisend: eine Anode (10), aufweisend: ein leitfähiges Substrat (11), eine Strahlungsabsorptionsschicht (12), die mindestens einen anorganischen Partikel und einen Farbstoff, der an den mindestens einen anorganischen Partikel angebunden ist, aufweist, wobei die Strahlungsabsorptionsschicht (12) auf dem leitfähigen Substrat (11) angeordnet ist, und eine Betaemissionsschicht (13), die einen Quantenpunkt aufweist, wobei die Betaemissionsschicht (13) auf der Strahlungsabsorptionsschicht (12) angeordnet ist, und wobei der Quantenpunkt ein radioaktives Isotop aufweist, das derart konfiguriert ist, dass es einen Betastrahl emittiert, eine Einkapselung (20), die auf der Anode (10) angeordnet ist und mit einem Elektrolyten imprägniert ist, und eine Kathode (30), die auf der Einkapselung (20) angeordnet ist.
Betavoltaikbatterie nach Anspruch 10, wobei die Kathode (30) aufweist: ein leitfähiges Substrat (31) und eine Elektrodenschicht (32), die ein Edelmetall aufweist, wobei die Elektrodenschicht (32) auf dem leitfähigen Substrat (31) angeordnet ist, und wobei das Edelmetall Platin (Pt) aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer Anode (10) für eine Betavoltaikbatterie, wobei das Verfahren aufweist: Bilden einer Strahlungsabsorptionsschicht (12) durch Aufbringen von mindestens einer Paste, die mindestens einen anorganischen Partikel aufweist, auf ein leitfähiges Substrat (11), Vorbereiten einer Vorstufenlösung durch Mischen einer organischen Säure, die in nachfolgender chemischer Formel 2 dargestellt ist, und einer Ammoniumlösung, Bilden einer Betaemissionsschicht (13), die einen Quantenpunkt aufweist, durch Aufbringen der Vorstufenlösung auf die Strahlungsabsorptionsschicht (12) und Heizen der Vorstufenlösung und Anbinden eines Farbstoffs an den mindestens einen anorganischen Partikel durch Eintauchen der Strahlungsabsorptionsschicht (12) in den Farbstoff, wobei der Quantenpunkt ein radioaktives Isotop aufweist, das derart konfiguriert ist, dass es einen Betastrahl emittiert,
wobei ¹⁴C ein radioaktives Isotop von Kohlenstoff darstellt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei: das leitfähige Substrat (11) aufweist: mindestens eines von fluordotiertem Zinnoxid-(FTO-)Glas, Indiumzinnoxid-(ITO-)Glas, Indiumzinkoxid-(IZO-)Glas, aluminiumdotiertem Zinkoxid-(AZO-)Glas, galliumdotiertem Zinkoxid-(GZO-)Glas oder irgendeiner Kombination davon und das leitfähige Substrat (11) mit Titantetrachlorid (TiCl₄) behandelt ist.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei der mindestens eine anorganische Partikel Titandioxid (TiO₂) aufweist.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Verfahren ferner aufweist: Behandeln des mindestens einen anorganischen Partikels mit Titantetrachlorid (TiCl₄) durch Einweichen der Strahlungsabsorptionsschicht (12) in Titantetrachlorid (TiCl₄) und Durchführen von Wärmebehandlung.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das Bilden der Strahlungsabsorptionsschicht (12) aufweist: Vorbereiten einer ersten Schicht (121) durch Aufbringen einer Paste, die ein erstes anorganisches Partikel mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von etwa 10 nm bis etwa 50 nm aufweist, auf das leitfähige Substrat (11) und Vorbereiten einer zweiten Schicht (122) durch Aufbringen einer Paste, die ein zweites anorganisches Partikel mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von etwa 100 nm bis etwa 500 nm aufweist, auf die erste Schicht (121).
Verfahren nach Anspruch 16, wobei ein Dickenverhältnis der ersten Schicht (121) zu der zweiten Schicht (122) etwa 1:0,5 bis etwa 1:2 beträgt.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 12 bis 17, wobei der Quantenpunkt ein geheiztes Produkt aufweist, das aus einem Polymer einer Verbindung, die in nachfolgender chemischer Formel 1 dargestellt ist, und quaternären Ammoniumionen resultiert,
wobei ¹⁴C ein radioaktives Isotop von Kohlenstoff darstellt.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 12 bis 18, wobei ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser des Quantenpunkts etwa 4 nm bis etwa 20 nm beträgt.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 12 bis 19, wobei der Farbstoff aufweist: mindestens eines von N719, N3, N749 oder irgendeiner Kombination davon.