KR20180035021A - Radioisotope battery using tritium storage material and preparation method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본원 발명은 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지 및 이의 제조방법에 대한 것이다.The present invention relates to an isotopic cell using a tritium storage material and a method of manufacturing the same.
보다 구체적으로는 베타입자를 방출하는 트리튬 저장소재; 상기 트리튬 저장소재로부터 방출되는 β입자를 흡수하여 기전력을 형성하는 에너지 흡수체; 및 상기 에너지 흡수체와 연결되는 전지구성 부재를 포함하는 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지 및 이의 제조방법에 대한 것이다.More specifically, a tritium storage material that releases beta particles; An energy absorber absorbing beta particles emitted from the tritium storage material to form an electromotive force; And a battery component connected to the energy absorber, and a method of manufacturing the same.
일반적으로, 방사성 동위원소(radioisotope)는 어떤 원소의 동위원소들 중에서 방사능을 지니고 있는 것을 의미하는 것으로 이러한 방사성 동위원소들은 종류에 따라 다른 붕괴방식을 가지고 있으며, 특유의 에너지를 가진 방사선을 방출하고 안정된 동위원소로 붕괴한다. 붕괴방식에는 α, β-, β+ 붕괴 등이 있고 이들은 대부분 다시 여분의 에너지를 알파선, 베타선, 또는 감마선으로서 방출하고 안정된 동위원소가 되는데 이 중 방출되는 베타선을 이용한 동위원소전지는 에너지 흡수체 구조 위에 베타선 방출체인 동위원소를 배치하여 동위원소로부터 방출되는 베타선을 에너지 흡수체가 흡수하여 전류를 발생시키게 되는 원리를 이용하는 전지이다. 이러한 베타선을 방출하는 동위원소로는 63Ni, 3H, 90Sr, 204Tl, 또는 85Kr 등이 대표적인데 동위원소의 반감기 및 방출 에너지를 고려하여 현재 63Ni을 주로 이용하여 동위원소전지가 개발되고 있다.Generally, a radioisotope means that the radioisotope has radioactivity among the isotopes of an element. These radioisotopes have different decay types depending on the kind of radioisotope, It collapses into isotopes. There are α, β-, and β + collapses in the collapse mode, and most of them release excess energy again as alpha, beta, or gamma rays, which are stable isotopes. It is a battery that uses the principle that the energy absorption absorbs the beta rays emitted from the isotopes by arranging the isotopes of the beta ray emission and generates current. Isotope which emits these beta is 63 Ni, 3 H, 90 Sr , 204 Tl, or 85 Kr, etc. The representative inde isotope by considering the half-life and the discharge energy of the isotope used mainly the current 63 Ni batteries developed .
이러한 동위원소가 발생하는 베타선을 직접 전기에너지로 변환하는 최초의 특허인 미국 등록특허 US4835433호에는 코일로 구성된 LC 공진회로에 베타선이 에너지를 공급하여 공진이 지속되도록 하는 방식으로 직접 전기에너지로 변환하는 내용이 게시되어 있다. 이후 관련 기술의 지속적인 개발이 이루어져서 미국 등록특허 US6238812호 에서는 베타선 에너지 흡수체로 P-N 접합 반도체를 이용하여 전기에너지로 직접 변환하는 방식이 적용되었고, 이후로 동위원소로부터 방출되는 베타선으로부터 효율적으로 전기에너지를 생산할 수 있는 에너지 흡수체로는 P-N 접합 다이오드가 주로 사용되고 있는데 이의 원리는 태양전지에 있어서 빛을 쬐었을 때 광자의 에너지를 흡수한 전자에 의하여 전기가 발생하는 광전효과와 비슷한 원리로 동위원소로부터 방출된 전자선인 베타선의 에너지를 흡수한 내부 전자에 의하여 전기가 발생하게 되는 것이다.US Pat. No. 4,835,433, which is the first patent to convert such isotope-generated beta rays into direct electrical energy, discloses a method in which a beta ray is supplied to an LC resonance circuit composed of a coil to convert resonance into direct electrical energy Contents are posted. Since the related technology has been continuously developed, US Pat. No. 6,238,812 uses a PN junction semiconductor as a beta-ray energy absorber and directly converts it into electric energy. Then, the electric energy is efficiently generated from the beta rays emitted from the isotope A PN junction diode is mainly used as an energy absorber. The principle of this is the same as the photoelectric effect generated by electrons that absorb photon energy when light is applied to a solar cell. Electricity is generated by the internal electrons that absorb the energy of the pre-betaine.
한편, 베타선을 방출하는 동위원소로 동위원소의 반감기 및 방출 에너지를 고려하여 현재 반감기가 100년이고 전력량 밀도가 100 uW/Ci인 63Ni을 주로 사용하고 있은데, 통상적으로 동위원소전지의 제작은 반도체 공정, 베타선원 제작, 반도체-베타선원 조립, 차폐구조 제작 등의 일련의 공정이 분리되어 이루어지고, 이때 외부로 방출되는 베타선의 차폐하기 위하여 동위원소전지 외부에 별도의 차폐용 패키지를 적용해야 하는 등 동위원소전지 제작은 복잡하고 어려운 단점이 존재하고, 이러한 공정을 통하여 최종 제작된 동위원소 전지라 하더라도 전지의 특성과 수명 평가 결과 적절한 성능이 나오지 않는 경우에는 상기 언급한 다단계의 공정을 다시 반복해야만 하는 어려움이 있는 실정이다. 게다가 동위원소전지에 있어서 핵심소재인 방사선원인 63Ni은 그 제조에 있어서 많은 제한요인이 있어서 고밀도의 동위원소 제조 또는 상업적 생산에 있어서 어려움을 겪고 있다. 이러한 63Ni을 이용한 동위원소 전지에 대한 종래기술로는 한국 등록특허 제10-0934937호에 절연성 기판, 증착되어 형성된 쇼트키 반도체층과 증착되어 형성된 쇼트키 금속박막층으로 이루어진 쇼트키 접합체, 상기 쇼트키 접합체 위에 증착되는 방사성동위원소층 및, 상기 쇼트키 반도체층 및 상기 쇼트키 금속박막층의 일부 영역에 형성된 전극용 패드를 포함하는 방사성동위원소 전지에 대하여 기재되어 있다.On the other hand, in consideration of the isotope half-life and the emission energy of isotopes that emit beta-rays, 63 Ni, which has a half-life of 100 years and a power density of 100 uW / Ci, is mainly used. Generally, A series of processes such as semiconductor process, beta source fabrication, semiconductor-beta source assembly, and shield structure construction are separated, and a separate shielding package should be applied outside the isotope cell in order to shield the beta rays emitted to the outside And isotopically-fabricated isotopes are produced through these processes. In the case where the characteristics and the life of the isotope batteries are not suitable, the above-mentioned multi-step process is repeated There is a difficulty to do. Moreover, 63 Ni, which is the core material of isotope cells, has many limitations in its production, making it difficult to manufacture high-density isotopes or commercial production. As a conventional technique for this isotope cell using 63 Ni, Korean Patent Registration No. 10-0934937 discloses a Schottky junction composed of an insulating substrate, a Schottky semiconductor layer formed by deposition and a Schottky metal thin film formed by deposition, A radioactive isotope layer deposited on a junction body, and a pad for an electrode formed on a part of the Schottky metal layer and the Schottky metal thin film layer.
반면에 트리튬(3H)은 반감기는 12.3년이고 전력량 밀도는 34 uW/Ci로 63Ni 보다는 낮으나 리튬에 중성자를 쏘아서 생산하거나 중수로에 있는 중수를 이용하는 방식 등을 통하여 생산되고 있고, 방사선으로 베타선을 방출하지만 이의 위험성은 63Ni에 비하여 현저하게 낮아서 현재 실생활에서 야광체 등의 다양한 악세사리에 이용되고 있다. 또한, 이러한 트리튬을 이용한 동위원소전지에 대한 종래기술로는 한국 등록특허 제10-0216118호에 밀폐된 수동전해질에 삼중수화물과 트리톤 도체를 이용한 동위원소전지에 대하여 기재되어 있으나 이는 최종 전지의 형태에 있어서 전해질을 사용하며 삼중수소 가스를 가압하여 주입 및 밀봉하는 단계를 통하여 전지를 제조하는 것으로 그 전지의 크기 등에 제한을 가지는 단점이 있다.On the other hand, tritium ( 3 H) has a half-life of 12.3 years and a power density of 34 uW / Ci, which is lower than 63Ni. However, tritium ( 3 H) is produced through neutron irradiation by lithium or by using heavy water in heavy water. However, the risk of this is significantly lower than that of 63 Ni, and it is used in various accessories such as luminous body in the real life. As a prior art for isotope cells using such tritium, Korean Patent No. 10-0216118 discloses an isotope cell using trihydrate and triton conductors in a sealed passive electrolyte, The electrolyte is used and the cell is manufactured through the step of injecting and sealing the tritium gas by pressurizing it, which limits the size and the like of the battery.
따라서 본원 발명의 발명자들은 63Ni에 비하여 상업적 활용성이 더욱 우수한 방사성 동위원소인 트리튬(3H)을 베타선원으로 사용하여 동위원소전지를 개발하고자 많은 연구개발의 노력을 기울인 결과로 본원 발명을 완성하였다.Accordingly, the inventors of the present invention have made extensive research and development efforts to develop an isotope cell using a radioisotope tritium ( 3 H), which is superior in commercial utility compared to 63 Ni, as a beta source. As a result, Respectively.
본원 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 개발된 것으로, 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been developed in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide an isotopic cell using a tritium storage material and a manufacturing method thereof.
본원 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위하여 베타입자를 방출하는 트리튬 저장소재; 상기 트리튬 저장소재로부터 방출되는 β입자를 흡수하여 기전력을 형성하는 에너지 흡수체; 및 상기 에너지 흡수체와 연결되는 전지구성 부재를 포함하는 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지 및 이의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a tritium storage material for releasing beta particles; An energy absorber absorbing beta particles emitted from the tritium storage material to form an electromotive force; And a battery component connected to the energy absorber, and a method of manufacturing the same.
본원 발명에 따른 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지에 있어서, 상기 트리튬 저장소재는 금속트리튬화물 일 수 있다.In the isotope cell using the tritium storage material according to the present invention, the tritium storage material may be metal tritium.
본원 발명에 따른 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지에 있어서, 상기 금속트리튬화물은 수소와 친화력이 큰 금속 A와 수소와의 친화력을 갖지 않는 금속 B의 화학양론적 비인 AB5형 합금, AB2형 합금 또는 화학양론적 비를 갖지 않는 AxBy형 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고 트리튬을 포함하는 것일 수 있다.In the isotope cell using the tritium storage material according to the present invention, the metal tritium is an AB 5 type alloy, AB 2 type, which is a stoichiometric ratio of metal B having no affinity between metal A and hydrogen having high affinity for hydrogen, Alloy or an AxBy type alloy having no stoichiometric ratio and may be one containing at least one selected from the group consisting of tritium.
이상에서 설명한 바와 같이 본원 발명의 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지는 방사선원으로서 기존의 63Ni에 비하여 매우 안전하며, 상업적으로 활용이 가능한 트리튬을 사용하여 비교적 저 비용으로 동위원소전지를 제조할 수 있는 장점이 있다.As described above, the isotope cell using the tritium storage material of the present invention is very safe compared to the conventional 63 Ni as a radiation source, and isotope battery can be manufactured at a relatively low cost by using commercially available tritium There are advantages.
또한, 본원 발명에 따라 제조되는 동위원소전지는 원격제어 및 탐지 분야에 이용되는 장비의 에너지원으로서 매우 활용성이 높다.In addition, the isotope cell manufactured according to the present invention is highly utilizable as an energy source of equipment used in the remote control and detection field.
도 1은 본원 발명의 일 구현예에 따른 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지의 개념을 나타낸 것이다.
도 2는 본원 발명의 일 구현예에 따른 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지의 개념을 나타낸 것이다.1 is a conceptual diagram of an isotope cell using a tritium storage material according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates a concept of an isotope cell using a tritium storage material according to an embodiment of the present invention.
이하, 본원 발명에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본원 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
본원 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위하여 베타입자를 방출하는 트리튬 저장소재; 상기 트리튬 저장소재로부터 방출되는 β입자를 흡수하여 기전력을 형성하는 에너지 흡수체; 및 상기 예너지 흡수체와 연결되는 전지구성 부재를 포함하는 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a tritium storage material for releasing beta particles; An energy absorber absorbing beta particles emitted from the tritium storage material to form an electromotive force; And a battery component connected to the energy absorber. The present invention also provides an isotope cell using the tritium storage material.
본원 발명에 따른 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지에 있어서, 상기 트리튬 저장소재는 금속트리튬화물, 탄소계 나노재료, 알라네이트 트리튬화물, 및 붕소계 트리튬화물 중 어느 하나 이상일 수 있다.In the isotope cell using the tritium storage material according to the present invention, the tritium storage material may be any one or more of metal tritium, carbon nanomaterial, alanate tritium, and boron tritium.
먼저, 본원 발명에 따른 트리튬 저장소재의 제조방법에 대하여 설명한다. 본 명세서의 전반에 걸쳐 사용되는 용어인 “트리튬 저장소재”는 수소저장합금을 이용한 금속수소화물형태로의 수소저장법, 탄소나노튜브와 같은 탄소계 나노재료에 의한 수소저장법, 유·무기물에 의한 비탄소계 나노재료에 의한 수소저장법, 화학적 수소화물에 의한 수소저장법을 이용하여 수소 대신에 트리튬을 저장한 모든 재료를 의미한다. First, a method of manufacturing a tritium storage material according to the present invention will be described. As used throughout this specification, the term " tritium storage material " includes hydrogen storage in the form of metal hydrides using hydrogen storage alloys, hydrogen storage by carbon nanomaterials such as carbon nanotubes, Hydrogen storage by a small-scale nano-material, and hydrogen storage by a chemical hydride, all of which contain tritium instead of hydrogen.
보다 구체적으로 우선 수소저장합금의 대표적인 것은 수소가 여러 종류의 금속과 반응하여 금속수소화물을 생성하는 반응을 이용한 것으로 예를 들어, Mg, Ti 그리고 La는 각각 MgH2, TiH2 그리고 LaH3라는 안정적인 금속수소화물을 생성한다. 안정한 수소화물을 생성하는 금속과 불안전한 수소화물을 생성하는 금속과의 합금에는 가역적으로 수소와 반응하는 능력을 가지는 것이 있다. 그 중에서 상온, 대기압 부근에서 수소와 반응시키면 금속수소화물의 형태로 수소를 저장하고, 가열과 감압에 의해 쉽게 수소를 방출하며 그리고 그 반응속도가 큰 합금을 수소저장합금이라고 한다. Typical is the first hydrogen storage alloy and more specifically, for example, by using a reaction in which hydrogen is produced with a metal hydride to react with various types of metals, Mg, Ti and La is stable that each MgH 2, TiH 2 and LaH 3 To produce a metal hydride. Alloys of metals that produce stable hydrides and metals that produce unsafe hydrides have the ability to react reversibly with hydrogen. Among them, when hydrogen is reacted with hydrogen at room temperature and atmospheric pressure, hydrogen is stored in the form of metal hydride, and hydrogen is easily released by heating and decompression. The alloy having a high reaction rate is called a hydrogen storage alloy.
본원 발명의 일 구현예에 따른 트리튬 저장소재는 이러한 종래의 수소저장합금의 수소 저장 특성을 이용하여 수소의 동위원소인 트리튬을 저장한 금속트리튬화물을 의미하며 그 구체적인 형태로는 금속트리튬화물의 박막이거나 금속트리튬화물의 분말이 압착되어 성형된 것이 바람직하나 그 형태는 제한되지 않는다.The tritium storage material according to an embodiment of the present invention refers to a metal tritium oxide containing tritium, which is an isotope of hydrogen, using the hydrogen storage characteristics of the conventional hydrogen storage alloy, and specific examples thereof include a thin film of metal tritium Or the metal tritium powder is compacted and molded, but the form thereof is not limited.
일반적으로 금속 또는 합금에 수소를 저장하는 방법은 일정온도, 일정압력의 수소가스와 금속을 반응시킨다. 반응조건은 금속 또는 합금의 종류에 따라 다르지만, 온도와 압력을 가감시켜서 수소의 흡장이나 방출을 되풀이 하면, 가역적으로 수소를 저장 및 방출하는 활성상태로 된다. 이 경우 반응의 평형상태를 나타내기 위하여 금속과 수소계의 수소압력-조성-등온선(Pressure-Composition-Temperature, PCT)으로 표현하는 방법을 일반적으로 사용하고 있다. 즉, 일정온도를 유지한 상태로 수소압력을 상승시키면 금속의 내부로 수소가 용해되어 고용체를 형성하게 된다. 이때 PCT 곡선의 플래토(plateau) 영역의 위치와 폭이 매우 중요한데, 플래토 영역에서는 대량의 수소가 일정한 온도와 압력에서 고체상에 저장될 수 있는데, 본원 발명에서는 이러한 금속 또는 합금에 저장되는 수소를 수소의 동위원소인 트리튬으로 대체함으로써 트리튬 저장소재를 제조할 수 있다. 즉 일정한 온도에서 수소와 트리튬의 혼합기체 또는 보다 바람직하게는 트리튬 기체를 고압으로 공급하여 금속 또는 합금의 내부로 트리튬이 용해되어 고용체를 형성하게 함으로써 트리튬 저장소재를 제조할 수 있다. 즉, 종래의 수소저장합금기술을 본원 발명의 트리튬 저장함금의 제조에 직접적으로 활용할 수 있는데 그 중 마그네슘계 수소저장합금의 마그네슘은 수소와 강한 이온결합을 이룸으로써 수소화물의 안정성이 높고 수소확산속도가 느리기 때문에 수소의 흡수-방출이 어려운 단점을 가지고 있는 것으로 알려져 있으나, 본원 발명의 트리튬 저장소재로 활용 시에는 저장 후 트리튬화물의 안정성이 높아서 트리튬의 방출이 매우 적으므로 방사선의 누출 가능성을 줄일 수 있는 점에서 매우 큰 장점이 된다. 한편, 마그네슘을 합금으로 주조한 후 분쇄하여 이를 트리튬 저장합금 분말을 제조하는 경우에, 특히 용융상태의 마그네슘 합금을 급속 응고하여 제조된 비정질합금은 트리튬 확산에 용이한 상들 간의 계면이 없거나 적으므로 제조 후 트리튬의 방출속도가 낮아지게 되는 장점이 있다.Generally, a method of storing hydrogen in a metal or an alloy reacts with a hydrogen gas and a metal at a constant temperature and constant pressure. The reaction conditions vary depending on the kind of the metal or the alloy, but when the occlusion or release of hydrogen is repeated by increasing or decreasing the temperature and the pressure, the active state is reversibly stored and released. In this case, the hydrogen-pressure-composition-temperature (PCT) method is generally used to represent the equilibrium state of the reaction. That is, when the hydrogen pressure is raised while maintaining a constant temperature, hydrogen is dissolved into the metal to form a solid solution. At this time, the position and width of the plateau region of the PCT curve are very important. In the plateau region, a large amount of hydrogen can be stored in the solid phase at a constant temperature and pressure. In the present invention, The tritium storage material can be produced by replacing it with tritium, which is an isotope of hydrogen. That is, a tritium storage material can be produced by supplying a mixed gas of hydrogen and tritium or more preferably tritium gas at a constant temperature at a high pressure to dissolve tritium in the metal or alloy to form a solid solution. That is, the conventional hydrogen storage alloy technology can be directly utilized for the production of the tritium storage alloy of the present invention. Magnesium of the magnesium-based hydrogen storage alloy has a strong ionic bond with hydrogen, so that the stability of the hydride is high, It is difficult to absorb and release hydrogen. However, when the tritium storage material of the present invention is used as a storage material, the stability of tritium after storage is high, so that the release of tritium is very small, There is a great advantage in that it is. On the other hand, when magnesium is alloyed and then pulverized to produce tritium storage alloy powder, the amorphous alloy produced by rapid solidification of the magnesium alloy in a molten state has little or no interface between phases that are easy to diffuse tritium, There is an advantage that the release rate of trithium is lowered.
본원 발명에 따른 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지에 있어서, 상기 금속트리튬화물은 수소와 친화력이 큰 금속 A와 수소와의 친화력을 갖지 않는 금속 B의 화학양론적 비인 AB5형 합금, AB2형 합금 또는 화학양론적 비를 갖지 않는 AxBy형 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고 트리튬을 포함하는 것 일 수 있다.In the isotope cell using the tritium storage material according to the present invention, the metal tritium is an AB 5 type alloy, AB 2 type, which is a stoichiometric ratio of metal B having no affinity between metal A and hydrogen having high affinity for hydrogen, Alloy or an AxBy type alloy having no stoichiometric ratio and may be one containing at least one selected from the group consisting of tritium.
본원 발명에 따른 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지에 있어서, 상기 AB5형 합금은 LaNi5, CeNi5, PrNi5, NdNi5로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.In the isotope cell using the tritium storage material according to the present invention, the AB5 type alloy may be at least one selected from the group consisting of LaNi 5 , CeNi 5 , PrNi 5 and NdNi 5 .
본원 발명에 따른 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지에 있어서, 상기 AB2형 합금은 TiMn2, ZrMn2, TiCr2, MgZn2, ZrV2, MgCu2, MgNi2로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.In the isotope cells using tritium storage material according to the present invention, the AB2-type alloys may be at least one selected from the group consisting of TiMn 2, ZrMn 2, TiCr 2 , MgZn 2, ZrV 2, MgCu 2, MgNi 2 .
본원 발명에 따른 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지에 있어서, 상기 AxBy형 합금은 Ti-V-Mn 및 Ti-V-Cr계의 체심입방(bcc) 합금 또는 Mg계 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.In the isotope cell using the tritium storage material according to the present invention, the AxBy alloy may be one selected from the group consisting of Ti-V-Mn and Ti-V-Cr body-centered cubic (bcc) Or more.
본원 발명에 따른 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지에 있어서, 상기 탄소계 나노재료는 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 플러렌 및 그래파이트 중 어느 하나 이상 일 수 있다. In the isotope cell using the tritium storage material according to the present invention, the carbon-based nanomaterial may be at least one of carbon nanotube, carbon nanofiber, fullerene and graphite.
일반적으로 탄소 소재 내의 기공에 기체 및 액체형태의 물질을 접촉시키면 분자간의 물리적 힘이나 화학반응에 의하여 기체나 액체가 탄소기공의 표면에 액체 형태로 부착될 수 있다. 이와 같은 기공성 탄소소재에 수소를 접촉시키면 수소가 탄소표면에 흡착되어 저장될 가능성이 있기 때문에 종래의 활성탄인 그래파이트를 비롯하여 플러렌(fullerene), 탄소나노튜브, 탄소나노섬유 등의 신규 탄소소재가 수소저장용소재로 이용이 되고 있다. 이러한 종래의 수소 저장용 소재의 수소 저장 특성을 이용하여 수소의 동위원소인 트리튬을 저장할 수 있다.Generally, when gas and liquid substances are contacted with pores in a carbon material, gas or liquid can be attached to the surface of the carbon pores in a liquid form by the physical force or chemical reaction between the molecules. When such a porous carbon material is brought into contact with hydrogen, there is a possibility that hydrogen is adsorbed and stored on the carbon surface. Therefore, a new carbon material such as fullerene, carbon nanotube, and carbon nanofiber including graphite, It is used as a storage material. By using the conventional hydrogen storage property of the hydrogen storage material, tritium, which is an isotope of hydrogen, can be stored.
플러렌은 탄소원자로 구성된 육각 고리와 오각 고리가 조합되어 축구공 모양의 정육면체구조를 가진 물질로서, 탄소 수에 따라 C60, C70, C76, C78 등의 다양한 종류가 있고 그 내부의 텅빈 공간에 트리튬을 저장할 수 있다. 또한, 그라파이트는 층간의 반데르발스 힘에 의해 적층된 이방성이 강한 결정으로서 층간구조를 잃지 않으면서 층간의 많은 분자나 이온 등을 삽입시켜 그라파이트 층간화합물을 형성할 수 있다. 알칼리 금속이 층간에 삽입되면 수소동위체 효과가 현저하게 나타나고, 흑연의 층간에 중수소, 삼중수소인 트리튬 등의 무거운 동소체가 농축된다. 한편, 탄소나노튜브는 수소를 흡장하는 양은 약 10 wt% 정도이고 저온(-195℃∼상온)에서도 사용이 가능하여 수소의 저장과 수송도 효율적이므로 이를 수소의 동위원소인 트리튬의 저장에 이용할 수 있고, 알칼리 금속의 도핑에 의하여 저장용량을 증가시킬 수 있다. 또한, 탄소나노섬유와 같은 다공성 탄소는 고비표면적과 미세기공 농도를 갖는 나노구조가 트리튬의 흡착에 매우 효과적이고 촉매 활성화 효과가 매우 큰 전이금속 Ni을 도핑하면 트리튬의 흡착능을 증가시킬 수 있다.Fullerene is a soccer ball-shaped cube structure composed of a hexagonal ring composed of carbon atoms and a pentagonal ring. There are various kinds of C60, C70, C76 and C78 depending on the number of carbon atoms. . Further, the graphite can form a graphite intercalation compound by interposing many molecules or ions between the layers without losing the interlayer structure as a highly anisotropic crystal stacked by the van der Waals force between the layers. When the alkali metal is intercalated between the layers, the effect of hydrogen isotope is remarkable, and heavy isotopes such as deuterium and tritium, such as tritium, are concentrated between the layers of graphite. On the other hand, carbon nanotubes can be used at a low temperature (-195 ° C. to room temperature) for about 10 wt% and for hydrogen storage and transport, so that they can be used for storage of hydrogen isotope tritium , And the storage capacity can be increased by doping with an alkali metal. In addition, porous carbon such as carbon nanofibers can increase the adsorption capacity of tritium by doping transition metal Ni, which has a high specific surface area and a fine pore concentration, and is highly effective in adsorbing tritium and having a very high catalytic activation effect.
본원 발명에 따른 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지에 있어서, 상기 알라네이트 트리튬화물은 NaAlT4, 또는 LiAlT4 (단, 여기서 T는 질량수가 3인 수소의 동위윈소인 3H를 의미함) 중 어느 하나 이상 일 수 있다.Of in the isotope cells using tritium storage material according to the present invention, the alanate tritium cargo NaAlT 4, or LiAlT 4 (However, where the box T indicates the mass number is par win stamp of hydrogen 3 3 H) one It can be more than one.
본원 발명에 따른 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지에 있어서, 상기 붕소계 트리튬화물 LiBT4, KBT4 또는 NaBT4 (단, 여기서 T는 질량수가 3인 수소의 동위윈소인 3H를 의미함) 중 어느 하나 이상 일 수 있다.In the isotope cells using tritium storage material according to the present invention, any of the boron-based tritium cargo LiBT 4, KBT4 or NaBT 4 (However, where the box T indicates the mass number is par win stamp of hydrogen 3 3 H) It can be more than one.
한편, 높은 수소 저장 용량을 가지는 화학적수소화물도 본원 발명에 따른 트리튬 저장소재에 이용할 수 있다. 이는 수소를 포함하고 있는 화학물질에서 수소를 분리하여 이용하는 방법으로 별도의 수소 저장 과정이 필요하지 않으며, 물질 자체에서 수소가 차지하는 양에 의해 저장량이 결정될 수 있는 것으로 이러한 화학적 수소화물은 알라네이트(Alanate) 수소화물, 알칼리금속 수소화물, 붕소계 수소화물, 방향족 화합물로 구분할 수 있는데, 이러한 화학적 수소화물에서 수소를 수소의 동위원소인 트리튬으로 대체하여 트리튬 저장소재로 활용할 수 있다.On the other hand, a chemical hydride having a high hydrogen storage capacity can also be used for the tritium storage material according to the present invention. This is a method of separating hydrogen from a chemical substance containing hydrogen. There is no need for a separate hydrogen storage process, and the amount of hydrogen can be determined by the amount of hydrogen in the material itself. Such a chemical hydride is called alanate ) Can be classified into a hydride, an alkali metal hydride, a boron-based hydride, and an aromatic compound. In such a chemical hydride, hydrogen can be used as a tritium storage material by replacing hydrogen with an isotope of hydrogen, tritium.
특히, NaAlT4, 또는 LiAlT4 (단, 여기서 T는 질량수가 3인 수소의 동위윈소인 3H를 의미함) 등의 알라네이트 트리튬화물은 트리튬 저장용량이 5 내지 6 중량%로 경제적이고, 알칼리금속 트리튬화물은 알칼리 금속과 트리튬이 결합된 합금으로 CaT2, LiT, KT (단, 여기서 T는 질량수가 3인 수소의 동위윈소인 3H를 의미함) 등이 있으며, 비가역적으로 반응하는 반면 약 10 wt%의 높은 트리튬 저장능력을 가질 수 있으며, LiBT4, KBT4 또는 NaBT4 (단, 여기서 T는 질량수가 3인 수소의 동위윈소인 3H를 의미함) 등의 붕소계 수소화물은 약 10 wt% 이상의 큰 트리튬 저장 용량을 지니고 있고, 단위 부피/질량당 에너지밀도가 높기 때문에 가장 효과적인 트리튬 저장소재가 될 수 있다.In particular, NaAlT 4, or LiAlT 4 and alanate tritium cargo such as (where, where T is the mass number that means the par win stamp 3 H of hydrogen 3) is economic in the 5 to 6% by weight tritium storage capacity, alkali Metal tritium is an alloy of alkali metal and tritium, and CaT2, LiT, KT (T stands for 3 H, which is the equivalent of hydrogen having a mass number of 3), while irreversible reaction occurs can have a high tritium storage capacity of 10 wt% and, LiBT 4, KBT4 or NaBT 4 boron-based hydride such as (where, where T means the mass number is par win stamp of hydrogen 3 3 H) is about 10 It can be the most effective tritium storage material because it has a large tritium storage capacity of more than wt% and high energy density per unit volume / mass.
본원 발명에 따른 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지에 있어서, 상기 트리튬 저장소재는 금속트리튬화물의 박막이거나 금속트리튬화물의 분말이 압착되어 성형된 것일 수 있다.In the isotope cell using the tritium storage material according to the present invention, the tritium storage material may be a metal tritium thin film or a metal tritium powder compacted by molding.
본원 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 트리튬 저장소재는 소정의 온도에서 수소와 트리튬의 혼합기체 또는 트리튬 기체 분위기에서 고압으로 일정시간을 유지하면 트리튬을 저장할 수 있다. 이때 트리튬 기체 분위기가 많은 양의 트리튬을 저장할 수 있으므로 보다 바람직하다. 이때 트리튬 저장소재인 금속 또는 합금은 박막 또는 분말의 형태가 바람직하다. According to an embodiment of the present invention, the tritium storage material can store tritium by maintaining a high pressure in a mixed gas of hydrogen and tritium at a predetermined temperature or in a tritium gas atmosphere for a predetermined time. At this time, the tritium gas atmosphere is more preferable because it can store a large amount of tritium. At this time, the metal or alloy which is a tritium storage material is preferably in the form of a thin film or powder.
보다 구체적으로는 금속 또는 합금을 박막 형태로 소정의 온도에서 수소와 트리튬의 혼합기체 또는 트리튬 기체 분위기에서 고압으로 일정시간을 유지하여 트리튬을 저장할 수 있다.More specifically, tritium can be stored in the form of a thin film of a metal or an alloy at a predetermined temperature in a mixed gas of hydrogen and tritium or at a high pressure for a predetermined time in a tritium gas atmosphere.
또한, 분말의 경우는 금속 또는 합금의 분말을 제조 후 이를 소정의 온도에서 수소와 트리튬의 혼합기체 또는 트리튬 기체 분위기에서 고압으로 일정시간을 유지하여 트리튬을 저장할 수도 있고, 밀링 등의 방법으로 합금의 제조시 수소와 트리튬의 혼합기체 또는 트리튬 기체 분위기에서 밀링을 수행하고 필요에 따라 이후 다시 수소와 트리튬의 혼합기체 또는 트리튬 기체 분위기에서 고압으로 일정시간을 유지하여 트리튬을 저장할 수도 있다. 이때 온도와 압력은 해당 금속과 합금의 종류에 따라 다양하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라 이러한 온도 및 압력에 의해서 저장되는 트리튬의 양도 조절이 가능하다. 그러나 수소 또는 트리튬의 저장반응은 300 ℃이상의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.In addition, in the case of a powder, a powder of a metal or an alloy may be prepared, and then it may be stored at a predetermined temperature in a mixed gas of hydrogen and tritium or at a high pressure in a tritium gas atmosphere for a predetermined time to store tritium. It is possible to perform the milling in a mixed gas of hydrogen and tritium gas or a tritium gas atmosphere during the production and, if necessary, store the tritium in a mixed gas of hydrogen and tritium or a high pressure in a tritium gas atmosphere for a predetermined time. At this time, the temperature and the pressure can be variously adjusted according to the kind of the metal and the alloy, and the amount of tritium stored by the temperature and pressure can be controlled. However, the storage reaction of hydrogen or tritium is preferably carried out at a temperature of 300 DEG C or higher.
본원 발명의 일 구현예에 따르면, 단일 금속 보다는 합금의 경우가 더욱 많은 양의 트리튬을 저장할 수 있는데 그 일예로 마그네슘계 합금을 이용한 트리튬 저장소재의 제조는 다음과 같다. 마그네슘계 합금을 주조하여 마그네슘합금을 도가니에 장입하고 비산화성 분위기에서 용해한 후 이를 급속 응고시킨다. 일반적으로 마그네슘합금은 마그네슘성분이 66.5중량% 이상이고 나머지는 니켈, 구리, 철, 알루미늄, 아연 중 1종 이상의 성분으로 구성된다. 나머지 성분인 니켈, 구리, 철, 알루미늄, 아연 중 1종 이상은 마그네슘과 공결정조직을 형성하고 마그네슘상 외에 제2상을 형성하는 작용을 하여, 보다 많은 양의 트리튬을 저장할 수 있으므로 단일 금속 보다는 합금이 보다 바람직하다. 그러나 합금 중 마그네슘함량이 적어도 66.5중량% 이상이어야 많은 양의 트리튬을 저장할 수 있다. 급속응고방법은 용해된 용탕을 노즐을 통하여 고속으로 회전하는 휠 위로 떨어뜨려 급속냉각함으로써 리본 형태의 시편을 제조하는 멜트스피닝(melt spinning)법, 용해된 용탕을 노즐을 통하여 분사하면서 질소나 아르곤과 같은 불활성분위기 가스로 냉각하여 급속 응고된 분말을 제조하는 가스분무법(gas atomization), 용해된 용탕을 고속으로 회전하는 디스크 위에 낙하시켜서 원심력에 의하여 급속응고분말을 제조하는 원심가스분무법(centrifugal gas atomization) 등이 있다. 합금성분들이 용해온도에서 잘 고용된 상태에서 전술한 급속응고방법을 사용하면 급속한 냉각속도로 인하여 합금성분의 편석이 억제되고 비정질상이 형성되며, 결정질상이 형성되더라도 형성된 상들이 너무 커지게 되는 것을 방지하는 효과가 있다. 급속응고 후 저온에서 열처리하여 석출되는 결정상 크기는 조절한다. 열처리온도는 약 150℃ 내지 400℃의 온도에서 20분 내지 5시간 동안 수행하는 것이 적당하며, 온도가 낮거나 시간이 짧으면 비정질상의 결정화가 이루어지지 않고 온도가 너무 높거나 시간이 길면 결정립이 성장하여 상간 계면이 줄어들므로 트리튬의 흡수속도 증가효과가 적다. 열처리된 합금은 고에너지 볼밀링 등에 의하여 분말 크기를 45μm 이하로 작게 하는 것이 필요하다. 분쇄를 하지 않거나 분쇄된 분말크기가 46μm를 초과하면 트리튬 흡수시 분말중심부까지 트리튬 원자가 확산하거나 확산해야 될 거리가 증가하여 트리튬 흡수속도를 감소시키게 된다. 바람직하게는 325메쉬 체를 통과할 수 있는 45μm 이하로 제어해야 한다. 밀링된 합금분말을 적당한 온도에서 트리튬 분위기에서 트리튬를 흡수시켜 분말 표면에 금속트리튬화물을 형성하면서 부피팽창에 의하여 국부적으로 산화막을 깨고 트리튬이 내부로 쉽게 확산되도록 활성화처리를 해야 한다. 밀링된 합금분말에 대한 활성화처리는 260℃ 내지 400℃, 5기압 내지 30기압 사이의 압력하에서 트리튬과 충분히 반응시켜 금속트리튬화물을 형성시킨다.According to one embodiment of the present invention, tritium can be stored in a larger amount in the case of an alloy than in a single metal. For example, the preparation of a tritium storage material using a magnesium-based alloy is as follows. A magnesium alloy is cast and a magnesium alloy is charged into a crucible and dissolved in a non-oxidizing atmosphere, followed by rapid solidification. Generally, the magnesium alloy is composed of at least 66.5% by weight of magnesium component and at least one of nickel, copper, iron, aluminum and zinc. At least one of the remaining components, nickel, copper, iron, aluminum and zinc, forms a co-crystal structure with magnesium and acts to form a second phase in addition to the magnesium phase, Alloys are more preferable. However, the magnesium content of the alloy must be at least 66.5 wt% to store a large amount of tritium. The rapid solidification method is a melt spinning method in which molten molten metal is dropped onto a rotating wheel at high speed through a nozzle to rapidly cool the molten molten metal to prepare a ribbon-shaped specimen. The melted molten metal is sprayed through a nozzle while nitrogen or argon Centrifugal gas atomization in which the molten metal is dropped on a disk rotating at a high speed to produce a rapidly solidified powder by centrifugal force, . When the rapid solidification method described above is used in a state where the alloying components are well dissolved at the melting temperature, segregation of the alloy component is suppressed due to rapid cooling rate and an amorphous phase is formed and the formed phases are prevented from becoming too large even if a crystalline phase is formed It is effective. After rapid solidification, heat treatment at low temperature regulates the size of the precipitated crystal phase. The heat treatment is preferably performed at a temperature of about 150 ° C to 400 ° C for 20 minutes to 5 hours. When the temperature is low or the time is short, the amorphous phase is not crystallized. If the temperature is too high or the time is long, Since the interfacial interface is reduced, the effect of increasing the absorption rate of tritium is small. The heat treated alloy is required to have a powder size of 45 μm or less by high energy ball milling or the like. If the powder is not pulverized or the size of the pulverized powder exceeds 46 袖 m, the tritium absorption rate will be decreased by increasing the distance that tritium atoms must diffuse or diffuse to the center of the powder upon absorption of tritium. Preferably to 45 [mu] m or less which can pass through the 325 mesh sieve. The milled alloy powder should absorb the tritium in the tritium atmosphere at an appropriate temperature to form the metal tritium on the powder surface while breaking the oxide film locally by volume expansion and activate the tritium to easily diffuse into the inside. The activation treatment for the milled alloy powder is sufficiently reacted with the tritium under a pressure of between 5 and 30 atmospheres at 260 DEG C to 400 DEG C to form metal tritium.
본원 발명에 따른 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지에 있어서, 상기 트리튬 저장소재는 금속트리튬화물 분말 및 금속트리튬화물 분말 간의 결합을 통하여 그 형태를 유지하는 결합제를 포함하는 것일 수 있고, 상기 결합제는 고분자 수지일 수 있으며, 보다 바람직하게 상기 결합제는 폴리테트라플루오로에틸렌일 수 있다.In the isotope cell using the tritium storage material according to the present invention, the tritium storage material may include a binder that maintains its shape through bonding between the metal tritium powder and the metal tritium powder, Resin, and more preferably, the binder may be polytetrafluoroethylene.
본원 발명의 일 구현예에 따른 트리튬 저장소재는 금속 또는 합금의 금속트리튬화물 분말 형태 일 수 있는데, 이를 베타선을 방출하는 방사선원으로 사용하기 위해서는 소정의 크기를 가지는 성형체로 제조하는 것이 바람직하다. 이때 그 형태를 유지하기 위해서는 결합제를 추가적으로 사용하여 이들 분말 간의 집속력을 향상시키는 것이 바람직하다. 이러한 결합제는 일종의 바인더로서 고분자 수지가 바람직하고 특히 폴리테트라플루오로에틸렌이 더욱 바람직하다.The tritium storage material according to one embodiment of the present invention may be in the form of metal tritium powder of a metal or an alloy. In order to use the tritium storage material as a radiation source for releasing the beta rays, it is preferable that the tritium storage material is formed into a predetermined size. At this time, in order to maintain the shape, it is preferable to further use a binder to improve the collecting power between these powders. Such a binder is preferably a polymer resin as a kind of binder, and more preferably polytetrafluoroethylene.
본원 발명에 따른 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지에 있어서, 상기 트리튬 저장소재로부터 방출되는 β입자를 흡수하여 기전력을 형성하는 에너지 흡수체는 실리콘, 실리콘 카바이드(SiC) 또는 질화갈륨(GaN) 기반의 P-N 접합 다이오드 반도체로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.In an isotope cell using a tritium storage material according to the present invention, an energy absorber for absorbing β particles emitted from the tritium storage material to form an electromotive force may be a silicon (SiC) or a gallium nitride (GaN) And a junction diode semiconductor.
이하, 본원 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면과 같이 본원이 속하는 기술 분야에서 일반적인 지식을 가진 자가 쉽게 실시할 수 있도록 본원의 구현 예 및 실시 예를 상세히 설명한다. 특히 이것에 의해 본원 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한을 받지 않는다. 또한, 본원 발명의 내용은 여러 가지 다른 형태의 장비로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 구현 예 및 실시 예에 한정되지 않는다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will be more clearly understood from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. In particular, the technical idea of the present invention and its core structure and action are not limited by this. In addition, the content of the present invention can be implemented by various other types of equipment, and is not limited to the embodiments and examples described herein.
제조예 1. 금속트리튬화물 박막의 제조Production Example 1. Preparation of metal tritium thin film
두께 100㎛ 및 순도 99.8%의 마그네슘 박막을 PARR-반응기에 장치하였다. 박막을 60 bar의 수소와 트리튬 혼합 기체 분위기 하에 3시간 동안 400℃로 가열하여 마그네슘트리튬화물 박막을 제조하였다.A magnesium thin film having a thickness of 100 mu m and a purity of 99.8% was placed in the PARR-reactor. The thin film was heated to 400 DEG C for 3 hours under a hydrogen and tritium mixed gas atmosphere of 60 bar to prepare a magnesium tritium thin film.
제조예 2. 금속트리튬화물 분말의 제조Production Example 2. Preparation of metal tritium powder
메쉬사이즈 45㎛ 및 순도 99.8%의 마그네슘 분말을 PARR-반응기에 장치하였다. 분말을 60 bar의 수소와 트리튬 혼합 기체 분위기 하에 3시간 동안 400℃로 가열하여 마그네슘 트리튬화물 분말을 제조하였다.A magnesium powder having a mesh size of 45 mu m and a purity of 99.8% was placed in the PARR-reactor. The powder was heated at 400 DEG C for 3 hours under a hydrogen and tritium mixed gas atmosphere of 60 bar to prepare a magnesium tritium powder.
제조예 3. 트리튬화 합금 박막의 제조Production Example 3. Preparation of thin film of tritium alloy
주조법으로 제조된 76.5중량%Mg/23.5중량%Ni합금을 고주파 유도로 내에 장입하고 Ar 분위기에서 용해한 후 멜트스피닝(melt-spinning)법으로 회전하는 구리 휠에 압력 0.5kg/cm2로 분사하여 급속 응고된 박막을 제조하였다. 이 박막을 250℃에서 1시간 동안 등온 열처리한 뒤 PARR-반응기에 장치하였다. 박막을 60bar의 수소와 트리튬 혼합 기체 압력 하에 3시간 동안 400℃로 가열하여 마그네슘 합금 트리튬화물 박막을 제조하였다.A 76.5 wt% Mg / 23.5 wt% Ni alloy manufactured by a casting method was charged into a high frequency induction furnace and dissolved in an Ar atmosphere, and then sprayed at a pressure of 0.5 kg / cm 2 onto a copper wheel rotated by a melt-spinning method, A coagulated thin film was prepared. The thin film was subjected to an isothermal heat treatment at 250 ° C for 1 hour and then placed in a PARR-reactor. The thin film was heated to 400 캜 for 3 hours under a pressure of 60 bar of hydrogen and tritium gas mixture to prepare a magnesium alloy tritium thin film.
제조예 4. 트리튬화 합금 분말의 제조Production Example 4. Preparation of tritium alloy powder
주조법으로 제조된 76.5중량%Mg-23.5중량%Ni합금을 고주파 유도로 내에 장입하고 Ar 분위기에서 용해한 후 멜트스피닝(melt-spinning)법으로 회전하는 구리 휠에 압력 0.5kg/cm2로 분사하여 급속 응고된 박막을 제조하였다. 이 박막을 250℃에서 1시간 동안 등온 열처리한 뒤 유성볼밀(planetary ball mill)로 2시간 동안 수소와 트리튬 혼합 기체 분위기에서 볼밀링한 후 325메쉬 체(구멍크기 45㎛)를 통과한 분말을 채취하여 45㎛ 이하의 분말을 얻었다. 수득된 분말을 60bar의 수소와 트리튬 혼합 기체 압력 하에 3시간 동안 400℃로 가열하여 마그네슘 합금 트리튬화물 분말을 제조하였다.A 76.5 wt% Mg-23.5 wt% Ni alloy manufactured by a casting method was charged into a high frequency induction furnace and dissolved in an Ar atmosphere, and then sprayed at a pressure of 0.5 kg / cm 2 onto a copper wheel rotated by a melt-spinning method, Was prepared. The thin film was subjected to isothermal heat treatment at 250 ° C. for 1 hour, ball milled in a hydrogen and tritium mixed gas atmosphere for 2 hours by a planetary ball mill, and then the powder passed through a 325 mesh sieve (hole size: 45 μm) To obtain a powder having a particle size of 45 탆 or less. The obtained powder was heated to 400 DEG C for 3 hours under a pressure of 60 bar of hydrogen and a tritium mixed gas to prepare a magnesium alloy tritium powder.
제조예 5. 트리튬화 분말의 성형Production Example 5. Formation of tritium powder
상기 제조예 2와 제조예 4에서 제조한 마그네슘 트리튬화물 분말 또는 마그네슘 합금 트리튬화물 분말을 3 내지 6㎛의 입도만을 메쉬를 이용하여 분리한 후 폴리테트라플로오르에틸렌을 중량비 15wt% 나머지는 트리튬화물 분말로 하여 믹서로 혼합한다. 수득된 혼합물질을 ㎠당 8ton의 압력으로 가압하여 성형제를 얻는다. 이때 필요예 따라 수득된 성형체를 다시 330℃의 수소와 트리튬 혼합 기체 압력 하에서 3분간 소결시켜 원하는 형태의 베타입자를 방출하는 트리튬 저장소재를 얻었다.The magnesium tritium powder or the magnesium alloy tritium powder prepared in Preparation Examples 2 and 4 was separated using a mesh to a particle size of 3 to 6 탆, and then 15 wt% of polytetrafluoroethylene was mixed with the remaining tritium powder And mix with a mixer. The obtained mixed material is pressed at a pressure of 8 ton per cm 2 to obtain a molding agent. At this time, the obtained molded body was again sintered at 330 ° C under hydrogen and tritium mixed gas pressure for 3 minutes to obtain a tritium storage material which releases the desired type of beta particles.
제조예 6. 동위원소전지의 제조Preparation Example 6. Preparation of isotope cell
본원 발명의 제조예 1의 마그네슘트리튬화물 박막, 제조예 3의 마그네슘 합금 트리튬화물 박막, 제조예 2와 제조예 3의 마그네슘 트리튬화물 분말 또는 마그네슘 합금 트리튬화물 분말을 이용한 제조예 5의 트리튬 저장소재를 방사선원으로 이용하여 도 1과 같이 베타입자를 방출하는 트리튬 저장소재(10); 상기 트리튬 저장소재로부터 방출되는 β입자를 흡수하여 기전력을 형성하는 에너지 흡수체인 P형 반도체(20) 및 N형 반도체(30); 및 상기 에너지 흡수체와 연결되는 전지구성 부재인 전극(40)과 Load(50)를 연결하여 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지를 제조하였다. 또한, 도 2와 같이 트리튬 저장소재를 중심에 위치하고 에너지 흡수체인 P형 반도체(20) 및 N형 반도체(30)를 대칭으로 배치하여 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지를 제조하였다.The tritium storage material of Production Example 5 using the magnesium tritium thin film of Production Example 1 of the present invention, the magnesium alloy tritium thin film of Production Example 3, the magnesium tritium powder of Production Example 2 and the magnesium tritium powder of Production Example 3, A
10: 트리튬 저장소재, 20: P형 반도체, 30: N형 반도체, 40: 전극, 50: load10: tritium storage material, 20: P type semiconductor, 30: N type semiconductor, 40: electrode, 50: load
Claims (10)
상기 트리튬 저장소재로부터 방출되는 β입자를 흡수하여 기전력을 형성하는 실리콘, 실리콘 카바이드(SiC) 또는 질화갈륨(GaN) 기반의 P-N 접합 다이오드 반도체로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나의 에너지 흡수체; 및
상기 에너지 흡수체와 연결되는 전지구성 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지.A tritium storage material that releases beta particles;
Silicon carbide (SiC) or gallium nitride (GaN) -based PN junction diode semiconductors absorbing beta particles emitted from the tritium storage material to form an electromotive force; And
And a battery component connected to the energy absorber.
상기 트리튬 저장소재는 금속트리튬화물, 탄소계 나노재료, 알라네이트 트리튬화물, 및 붕소계 트리튬화물 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지The method according to claim 1,
Characterized in that the tritium storage material is at least one of metal tritium, carbon-based nanomaterial, alanate tritium, and boron-based tritium.
상기 금속트리튬화물은 수소와 친화력이 큰 금속 A와 수소와의 친화력을 갖지 않는 금속 B의 화학양론적 비인 AB5형 합금, AB2형 합금 또는 화학양론적 비를 갖지 않는 AxBy형 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고 트리튬을 포함하는 것을 특징으로 하는 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지.The method of claim 2,
The metal tritide is composed of an AB 5 type alloy, an AB 2 type alloy or an AxBy type alloy having no stoichiometric ratio, which is a stoichiometric ratio of a metal B having no affinity between hydrogen A and hydrogen A having high affinity with hydrogen ≪ / RTI > wherein the tritium is at least one selected from the group consisting of tritium and tritium.
상기 AB5형 합금은 LaNi5, CeNi5, PrNi5, NdNi5로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지.The method of claim 3,
Wherein the AB 5 -type alloy is at least one selected from the group consisting of LaNi 5 , CeNi 5 , PrNi 5 , and NdNi 5 .
상기 AB2형 합금은 TiMn2, ZrMn2, TiCr2, MgZn2, ZrV2, MgCu2, MgNi2로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지.The method of claim 3,
Wherein the AB 2 type alloy is at least one selected from the group consisting of TiMn 2 , ZrMn 2 , TiCr 2 , MgZn 2 , ZrV 2 , MgCu 2 and MgNi 2 .
상기 AxBy형 합금은 Ti-V-Mn 및 Ti-V-Cr계의 체심입방(bcc) 합금 또는 Mg계 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지.The method of claim 3,
Wherein the AxBy alloy is at least one selected from the group consisting of Ti-V-Mn and Ti-V-Cr body-centered cubic (bcc) alloys or Mg-based alloys.
상기 탄소계 나노재료는 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 플러렌 및 그래파이트 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지.The method of claim 2,
Wherein the carbon-based nanomaterial is at least one of carbon nanotubes, carbon nanofibers, fullerene, and graphite.
상기 알라네이트 트리튬화물은 NaAlT4, 또는 LiAlT4 (단, 여기서 T는 질량수가 3인 수소의 동위윈소인 3H를 의미함) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지.The method of claim 2,
Wherein said alanate tritide is at least one of NaAlT 4 , or LiAlT 4 (wherein T means 3 H which is a trivalent isotope of hydrogen having a mass number of 3).
상기 붕소계 트리튬화물 LiBT4, KBT4 또는 NaBT4 (단, 여기서 T는 질량수가 3인 수소의 동위윈소인 3H를 의미함) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지.The method of claim 2,
Wherein said boron-based tritium LiBT 4 , KBT 4 , or NaBT 4 (wherein T means 3 H which is a trivalent isotope of hydrogen having a mass number of 3).
상기 트리튬 저장소재는 금속트리튬화물의 박막이거나 금속트리튬화물의 분말이 압착되어 성형된 것을 특징으로 하는 트리튬 저장소재를 이용한 동위원소전지.The method according to claim 1,
Wherein the tritium storage material is a thin film of metal tritium or a powder of metal tritium is compressed to form a tritium storage material.
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|---|---|---|---|---|
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