一种核电池和一种提供电能的方法技术

本发明专利技术涉及一种核电池，包括：放射源；液态电离介质区，套设在所述放射源外，配置为接收所述放射源产生的高能粒子的部分动能并使溶液产生带电自由基；换能器，套设在所述液态电离介质区外，配置为接收高能粒子和所述液态电离介质区产生的带电的自由基并转化为电能；屏蔽层，包裹在所述放射源和所述液态电离介质区外；两个电极板，设置在所述核电池上下两侧，所述电极板分别耦合至所述换能器的阳极和阴极；以及储能单元，所述储能单元套设在所述换能器外，所述储能单元的阳极和阴极耦合至所述换能器的阳极和阴极，所述储能单元配置为存储所述换能器产生的电能。本申请进一步包括一种提供电能的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种核电池和一种提供电能的方法
本专利技术涉及核能利用
，特别地涉及一种核电池。
技术介绍
放射性同位素电池(或称核电池)是利用放射性同位素在衰变时释放的能量而制备的电池。辐射能可以在工业、农业和医疗服务等许多不同的领域可以得到用,并且已经在诸如心脏起搏器、航天探测器等领域开始应用，核电池因其具有工作稳定、环境适应力强、使用寿命长、能量密度大、相对同类型电池体积小等优点，能够在复杂环境下不受干扰地提供相对于其他类型电池能量密度高、稳定可靠的电力支持，因此在微机电系统、深太空探索、极端地球环境研究方面有巨大的应用前景。目前核电池的种类主要有温差核电池、光伏效应核电池、电容式核电池、β伏特效应核电池等，温差核电池是利用放射源热效应造成的温差进行发电，常用于空间探测器、宇宙飞船，温差核电池功率较大，但所需放射源活度很大，且转换效率较低。光伏效应核电池利用放射源发出放射性粒子打在荧光物质上发光，利用光子与物质的光伏效应产生电流，因为经过二次转换，故效率很低。普通电容式核电池是将放射源放出的带电粒子直接收集在极板上，形成可充放电的电容器，这种核电池可以将电压做到很高，但收集电荷较少，因而电流较小。β伏特效应核电池是利用β粒子能量在半导体PN结区形成电子空穴对，电子空穴对在内建电场下电子流向N区，空穴流向P区，形成电流，β伏特效应核电池产生电流较大，能量利用率较高，但作为换能器的半导体容易受辐射造成晶体损伤使得效率下降。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提出了一种核电池，包括：第一放射源；第一液态电离介质区，套设在所述第一放射源外，配置为接收所述第一放射源产生的高能粒子的部分动能并使溶液产生带电自由基自由基；第一换能器，套设在所述第一液态电离介质区外，配置为接收高能粒子和所述第一液态电离介质区产生的带电的自由基并转化为电能；屏蔽层，包裹在所述放射源和所述液态电离介质区外；两个电极板，设置在所述核电池上下两侧，所述电极板分别耦合至所述换能器的阳极和阴极；以及第一储能单元，所述第一储能单元套设在所述第一换能器外，所述第一储能单元的阳极和阴极耦合至所述第一换能器的阳极和阴极，所述第一储能单元配置为存储所述第一换能器产生的电能。特别的，所述换能器包括：第一惰性金属层，套设在所述第一液态电离介质区外；宽带隙氧化物层，套设在所述惰性金属层外，配置为与所述第一惰性金属层形成肖特基结构；第二惰性金属层，套设在所述宽带隙氧化物层外，配置为与所述宽带隙氧化物层形成肖特基结构；绝缘层，设置在所述宽带隙氧化物层底部和所述惰性金属层顶部。特别的，所述宽带隙氧化物层具有放射性。特别的，所述第一储能单元包括：液态储能介质区，套设在所述换能器外部，配置为存储所述换能器释放的电能；第一储能电极和第二储能电极间隔套设在液态储能介质区内，分别配置为所述储能单元的阳极和阴极。特别的，所述第一液态电离介质区或所述液态储能介质区内为电解质液体。特别的，进一步包括第二放射源套设在所述第一换能器外、第二液态电离介质区套设在第二放射源外以及第二换能器套设在第二液态电离介质区外；其中，第一储能单元套设在第二换能器外。特别的，进一步包括第二储能单元套设在第一储能单元外。特别的，所述放射源和/或换能器可更换。特别的，所述第一惰性金属层、第二惰性金属层或宽带隙氧化物层为纳米多孔结构。特别的，一种提供电能的方法，包括：在第一液态电离介质区接收其中第一放射源产生的高能粒子的部分动能并使溶液产生带电自由基；在第一换能器接收所述高能粒子和所述第一液态电离介质区产生的带电的自由基并转化为电能；以及通过连接到所述第一换能器的两个电极板将所述第一换能器产生的电能存储在第一储能单元中。本专利技术的目的在于提高核电池的利用效率与功率，并克服上述核电池的缺陷，一方面为了获得更大功率的核电池，使用α放射源，不可避免地会对换能器，电极造成永久损伤，减少电池使用寿命，本装置可以很好的避免辐射损伤，利用高能粒子能量。装置的设计能提高粒子能量使用效率，同时利用液态介质转换射线能量进一步提高输出功率。附图说明下面，将结合附图对本专利技术的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：图1是根据本专利技术的一个实施例整体结构侧视图图2是根据本专利技术的一个实施例整体结构俯视图；图3是根据本专利技术的一个实施例整体结构立体图；以及图4是根据本专利技术的一个实施例一种提供电能方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本申请的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。图1是根据本专利技术的一个实施例整体结构侧视图，图2是根据本专利技术的一个实施例整体结构俯视图，图3是根据本专利技术的一个实施例整体结构立体图。下面结合图1-3阐述本申请的结构和工作原理。本申请所涉及核电池包括：放射源1、液态电离介质区2，换能器3，液态储能介质区4，第一储能电极5，第二储能电极6，屏蔽层7，电极板(核电池电极)8，金属导线9，金属导线10，绝缘层11，宽带隙氧化物层(第二发电电极)12，第一惰性金属层(第一发电电极)13A和第二惰性金属层(第一发电电极)13B。在一些实施例中，放射源1为柱形。放射源1嵌设在圆柱形电极板8的中心表面。在一些实施例中，放射源1的选取原则是放出射线类型尽量单一，放射性物质半衰期不能过短至少在数年以上。其中放射源1可以是α放射源或β放射源，α放射源为镅-241、钚-239、铀-238或锔-244等；β放射源为碳-14、锶-90、镍-63、铊-204或钷-147等。在一些实施例中，放射源1可自行更换。在一些实施例中，放射源1底部进一步包括活动屏蔽层(未示出)，所述活动屏蔽层与电极板8活动连接。取下活动屏蔽层后，可以取出放射源1，进行更换。更换放射源1后，放回活动屏蔽层可以进一步减少放射源对外辐射。液态电离介质区2套设在放射源1外部，液态电离介质区2内为电解质液体。液态电离介质区2配置为接收放射源1产生的高能粒子并吸收部分动能使溶液产生带电自由基。用液态电解质，不仅大大减弱了放射源1对半导体辐射造成的损伤，更是利用了高能粒子动能进一步产生带电粒子，提高能量使用效率。在一些实施例中，液态电离介质区2的自由基主要由水分子提供，所以绝大多数水溶液或纯水，都可以作为液态电离介质区2内介质。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核电池，包括：/n第一放射源；/n第一液态电离介质区，套设在所述第一放射源外，配置为接收所述第一放射源产生的高能粒子的部分动能并使溶液产生带电自由基；/n第一换能器，套设在所述第一液态电离介质区外，配置为接收高能粒子和所述第一液态电离介质区产生的带电的自由基并转化为电能；/n屏蔽层，包裹在所述放射源和所述液态电离介质区外；/n两个电极板，设置在所述核电池上下两侧，所述电极板分别耦合至所述换能器的阳极和阴极；以及/n第一储能单元，所述第一储能单元套设在所述第一换能器外，所述第一储能单元的阳极和阴极耦合至所述第一换能器的阳极和阴极，所述第一储能单元配置为存储所述第一换能器产生的电能。/n

【技术特征摘要】
1.一种核电池，包括：
第一放射源；
第一液态电离介质区，套设在所述第一放射源外，配置为接收所述第一放射源产生的高能粒子的部分动能并使溶液产生带电自由基；
第一换能器，套设在所述第一液态电离介质区外，配置为接收高能粒子和所述第一液态电离介质区产生的带电的自由基并转化为电能；
屏蔽层，包裹在所述放射源和所述液态电离介质区外；
两个电极板，设置在所述核电池上下两侧，所述电极板分别耦合至所述换能器的阳极和阴极；以及
第一储能单元，所述第一储能单元套设在所述第一换能器外，所述第一储能单元的阳极和阴极耦合至所述第一换能器的阳极和阴极，所述第一储能单元配置为存储所述第一换能器产生的电能。


2.根据权利要求1所述的核电池，所述换能器包括：
第一惰性金属层，套设在所述第一液态电离介质区外；
宽带隙氧化物层，套设在所述惰性金属层外，配置为与所述第一惰性金属层形成肖特基结构；
第二惰性金属层，套设在所述宽带隙氧化物层外，配置为与所述宽带隙氧化物层形成肖特基结构；
绝缘层，设置在所述宽带隙氧化物层底部和所述惰性金属层顶部。


3.根据权利要求2所述的核电池，所述宽带隙氧化物层具有放射性。


4.根据权利要求1所述的核电池，所述第一储能单元包...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆景彬，何浩腾蛟，郑人洲，李成乾，刘佳溪，王宇，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22