RU2726199C1 - Устройство на основе суперконденсатора для получения электрической энергии из внутриатомной - Google Patents
Устройство на основе суперконденсатора для получения электрической энергии из внутриатомной Download PDFInfo
- Publication number
- RU2726199C1 RU2726199C1 RU2019101036A RU2019101036A RU2726199C1 RU 2726199 C1 RU2726199 C1 RU 2726199C1 RU 2019101036 A RU2019101036 A RU 2019101036A RU 2019101036 A RU2019101036 A RU 2019101036A RU 2726199 C1 RU2726199 C1 RU 2726199C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- energy
- supercapacitor
- electric energy
- converted
- atomic
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21H—OBTAINING ENERGY FROM RADIOACTIVE SOURCES; APPLICATIONS OF RADIATION FROM RADIOACTIVE SOURCES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; UTILISING COSMIC RADIATION
- G21H1/00—Arrangements for obtaining electrical energy from radioactive sources, e.g. from radioactive isotopes, nuclear or atomic batteries
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Изобретение относится к средству прямого преобразования атомной энергии в электрическую. Используется явление локально-неравновесной эмиссии электронов, возникающее под действием α- или β-распада изотопов. Необходимый эффект преобразования ядерной энергии в электрическую достигается путем введения радионуклида в материал одного из электродов суперконденсатора. В приэлектродной области за счет кинетической энергии α, β-частиц возникают области возбуждения, из которых испускаются вторичные электроны, что приводит к появлению заряда двойного электрического слоя в приэлектродной области. В изобретении дорогостоящее изготовление устройств с радиоактивными веществами заменено на получение радионуклидов непосредственно внутри готовых суперконденсаторов с помощью их облучения нейтронами. Специально введенные в материал электрода вещества превращаются в радиоактивные изотопы, и суперконденсаторы превращается в источники электрической энергии. Техническим результатом является высокая удельная мощность при повышении радиационной безопасности в ходе изготовления, транспортировки и эксплуатации устройства.
Description
Изобретение относится к области прямого преобразования атомной энергии в электрическую, а именно к конструкции устройства, используемого в качестве автономного источника электрической энергии, для изделий микросистемной техники, для применения в труднодоступных и экстремальных условиях, для систем мониторинга, связи, навигации, где требуются источники энергии с большим сроком автономной эксплуатации и постоянной готовности.
Известны β-вольтаические источники питания, содержащие β-активные изотопы (Ni-63, Се-144, Cs-137, Pm-147, Kr-85, Н-3 и др.), в которых испускаемые изотопами электроны или позитроны попадают на полупроводник. Например, известен компактный β-вольтаический источник тока длительного пользования с β-эмиттером на базе радиоизотопа 63Ni и способ его получения (патент RU 2641100). В области р-n перехода происходит генерация электрон-дырочных пар, которые разделяются областью пространственного заряда. В результате на р- и n-поверхностях полупроводника возникает разность электрического потенциала. Период полураспада используемых изотопов может быть от 2,64 (Pm-147) до 100 (Ni-63) лет, поэтому срок службы β-вольтаических источников может составлять годы и десятки лет. Удельная мощность β-вольтаических источников питания может достигать 1 кВт/кг. Недостатком вышеуказанных источников питания является их высокая стоимость, что приводит к малому их использованию. Высокая цена обусловлена дороговизной выделения нужных изотопов (β или α активных) и сложностью работы с радиоактивным материалом. Изготовление одной функциональной батарейки на, например, 63Ni (β-излучатель) обойдется в миллионы рублей. Даже перевод в серийное производство не приблизит цену известных автономных источников электроэнергии на разработанных принципах преобразования к цене химических источников. По этой причине источники энергии на радиоактивных изотопах использовали и используют, в основном, там, где большие затраты приемлемы (на космических объектах, в военной технике).
Известны также автономные радиоизотопные термоэлектрические генераторы, содержащие соединения радиоактивных изотопов (Ро-210, Pu-238, Sr-90 и др.) и в которых энергия радиоактивного распада переходит в тепло, а затем тепловая энергия преобразуется в электрическую (Э. Кэбин статья «Радиоизотопные источники электрической энергии и тепла» интернет сайт http://nuclphvs.sinp.msu.ru/nuc_techn/isotopes/index.html, дата обращения 7.12.2018). Для преобразования тепловой энергии в таких генераторах используют термоэмиссионные, динамические или термоэлектрические устройства. В термоэмиссионных устройствах разделение электрического заряда происходит в результате эмиссии электронов из нагретого катода. В динамических устройствах последовательность преобразования энергии дополняется механической стадией, на которой нагреваемое рабочее тело совершает механическую работу, которая преобразуется в электрическую энергию. В термоэлектрических устройствах используется эффект Зеебека возникновения ЭДС в термопарах при наличии градиента температуры. Такие генераторы энергии являются наиболее близкими по техническим решениям к заявленному изобретению и описаны во многих патентах (SU 1175312, SU 1325572, RU 2458420 и др.). Радиоизотопные термоэлектрические генераторы имеют КПД~3-5%, мощность до 100 Вт и используются в космических аппаратах, в маяках, бакенах и медицине. Недостатком таких радиоизотопных термоэлектрических генераторов является маленькая удельная мощность до 3 Вт/кг и высокая стоимость изделия. Задачей заявленного изобретения является создание устройства на основе суперконденсатора для получения электрической энергии из внутриатомной в котором электрическая энергия генерируется в суперконденсаторе, один из электродов которого содержит активируемые/активируемое нейтронами вещества / вещество, способные/способное к превращению в радионуклид/радионуклиды при облучении суперконденсатора нейтронами и имеющие/имеющее концентрацию в материале электрода, выбранную с учетом параметров суперконденсатора на основе результатов физического моделирования.
Необходимый эффект преобразования ядерной энергии в электрическую достигается путем введения радионуклида в материал одного из электродов суперконденсатора. Принцип прямого преобразования состоит в том, что в приэлектродной области за счет кинетической энергии первичных заряженных частиц (α-, β-частиц) возникают области возбуждения, из которых испускаются вторичные электроны, что приводит к появлению заряда двойного электрического слоя в приэлектродной области. Высокая удельная мощность достигается за счет большой межфазной площади, на которой происходит радиационно-индуцированное разделение заряда в суперконденсаторе, и зависит от концентрации радионуклида в материале электрода. В данном изобретении дорогостоящее изготовление систем с радиоактивными веществами заменено на получение радиоактивных изотопов непосредственно внутри готовых суперконденсаторов с помощью их облучения нейтронами. В результате взаимодействия с нейтронами специально введенные в материал электрода вещества превращаются в радионуклиды, и суперконденсатор превращается в источник электрической энергии. Устройство безопасно в изготовлении и эксплуатации, поскольку представляет собой закрытый радиоактивный источник а, Р и f излучения в результате деления радионуклида/радионуклидов.
Сущность изобретения раскрывается в нижеследующих пояснениях и примерах практического применения:
Пример 1.
Изготовлен суперконденсатор емкостью 100 Ф и внутренним сопротивлением 0,1 Ом, в которых площадь электродов составляла ~40 см, эффективная площадь ~2000 м. Электроды состояли из активированного угля со связующими:
фторопластом, бутадиенстирольным латексом, карбоксиметил-целлюлозой КМЦ. Органический электролит - раствор TEATFB в пропиленкарбонате с различной концентрацией 0,1-1 М. Один из электродов содержал наноструктурированный оксид SrO в количестве 1 мг/см2. В процессе облучения нейтронами в результате реакции 88Sr(n,g)89Sr в материале одного электрода появляются β-активные изотопы. По результату измерений рост разности потенциалов между электродами в зависимости от поглощенной нейтронной дозы составляет около 1 мкВ/Гр.
Claims (1)
- Устройство на основе суперконденсатора для получения электрической энергии из внутриатомной отличается тем, что электрическая энергия генерируется в суперконденсаторе, один из электродов которого содержит активируемые/активируемое нейтронами вещества/вещество, способные/способное к превращению в радионуклид/радионуклиды при облучении суперконденсатора нейтронами и имеющие/имеющее концентрацию в материале электрода, выбранную с учетом параметров суперконденсатора на основе результатов физического моделирования.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019101036A RU2726199C1 (ru) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | Устройство на основе суперконденсатора для получения электрической энергии из внутриатомной |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019101036A RU2726199C1 (ru) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | Устройство на основе суперконденсатора для получения электрической энергии из внутриатомной |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2726199C1 true RU2726199C1 (ru) | 2020-07-10 |
Family
ID=71510569
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019101036A RU2726199C1 (ru) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | Устройство на основе суперконденсатора для получения электрической энергии из внутриатомной |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2726199C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2592863C1 (ru) * | 2015-04-16 | 2016-07-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения РАН (ИХТТМ СО РАН) | Суперконденсатор с неорганическим твёрдым электролитом и углеродными электродами |
RU170474U1 (ru) * | 2016-12-27 | 2017-04-26 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) | Радиоизотопный источник постоянного тока |
CN106449129B (zh) * | 2016-09-29 | 2018-03-27 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种超级电容器用石墨烯自组装电极材料及制备方法 |
RU182720U1 (ru) * | 2018-01-24 | 2018-08-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук (БИП СО РАН) | Гибридный суперконденсатор |
-
2019
- 2019-01-10 RU RU2019101036A patent/RU2726199C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2592863C1 (ru) * | 2015-04-16 | 2016-07-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения РАН (ИХТТМ СО РАН) | Суперконденсатор с неорганическим твёрдым электролитом и углеродными электродами |
CN106449129B (zh) * | 2016-09-29 | 2018-03-27 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种超级电容器用石墨烯自组装电极材料及制备方法 |
RU170474U1 (ru) * | 2016-12-27 | 2017-04-26 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) | Радиоизотопный источник постоянного тока |
RU182720U1 (ru) * | 2018-01-24 | 2018-08-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук (БИП СО РАН) | Гибридный суперконденсатор |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
В.А.Степанов и др. РАДИАЦИОННО-ИНДУЦИРОВАННОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ И НАКОПЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА В СУПЕРКОНДЕНСАТОРАХ, Известия вузов, Ядерная энергетика, 2018, N1. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US2728867A (en) | Generation of power | |
Kamen | Isotopic tracers in biology: an introduction to tracer methodology | |
US6774531B1 (en) | Apparatus and method for generating electrical current from the nuclear decay process of a radioactive material | |
US8094771B2 (en) | Nuclear voltaic cell | |
US20130154438A1 (en) | Power-Scalable Betavoltaic Battery | |
US2517120A (en) | Method of and means for collecting electrical energy of nuclear reactions | |
US7800286B2 (en) | Alpha fusion electrical energy valve | |
US8872408B2 (en) | Betavoltaic power sources for mobile device applications | |
JP6541661B2 (ja) | 固体発電装置および当該固体発電装置を具備する原子力発電施設 | |
Náfrádi et al. | Radiation detection and energy conversion in nuclear reactor environments by hybrid photovoltaic perovskites | |
US3939366A (en) | Method of converting radioactive energy to electric energy and device for performing the same | |
Yakubova | Nuclear batteries with tritium and promethium-147 radioactive sources | |
RU2726199C1 (ru) | Устройство на основе суперконденсатора для получения электрической энергии из внутриатомной | |
Bykov et al. | Application of radioactive isotopes for beta-voltaic generators | |
US3259745A (en) | Boron-12 beta decay neutron detector | |
KR101777185B1 (ko) | 방사선을 이용한 전기발생장치 | |
EP4162508A2 (en) | Sulfur blanket | |
GB2484028A (en) | Power-Scalable Betavoltaic Battery | |
US3321646A (en) | Thermoelectric cell and reactor | |
Mane et al. | Atomic batteries: a compact and long life power source | |
CN109166643A (zh) | 一种同位素电池的屏蔽结构 | |
Windle | Microwatt radioisotope energy converters | |
de Souza et al. | Characteristics comparison and Monte-Carlo simulation of isotopes used in betavoltaics for MEMS application | |
Rahastama et al. | The self-absorption effect of Ni-63 beta source to the silicon carbide based betavoltaic battery | |
Abdelbaset et al. | THE CONVERSION OF RADIATION ENERGY TO ELECTRIC CURRENT-THE NANO DIAMOND BATTERY |