CN101540214A - 提高β-Volt效应同位素微电池转化效率的方法 - Google Patents

提高β-Volt效应同位素微电池转化效率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明为提高β－Volt效应同位素微电池转化效率的方法，属于微机电***的微电源领域。本发明的方法是在β－Volt效应同位素微电池的封装外壳内侧镀上0.5微米的金材料反射层。或在β－Volt效应同位素微电池的金属镍层上侧镀上0.5微米的金材料反射层。在同位素电池输出功率一定的条件下，本发明的方法可减少同位素材料的使用量，提高同位素电池的转化效率可达15％以上；进一步降低为电池的制造成本。

Description

提高β-Volt效应同位素微电池转化效率的方法
技术领域
本发明为提高β-Volt效应同位素微电池转化效率的方法，属于微机电***的微电源领域。
背景技术
近年来，人们对微小型机电***的研究异常活跃。微能源是微***发展中的一个瓶颈问题，研究高效、长寿命的微能源是微***发展中一直追求的目标。世界各国都相继开展了微能源的研究工作，制作出许多微能源。如微型燃料电池、微型内燃机***、微型太阳能电池、微型同位素核电池等，由于与燃料电池和内燃机***在工作工程中要补充燃料，太阳能电池需要光照，因此它们的应用场合有较大的限制。而同位素微电池的由于能量密度高、使用寿命长，环境适应性高等特点，近年来成为微机电***电源的重点研发方向。
同位素微电池是微小型化的同位素电池，在微机电***电源方面有广泛的应用前景。截至目前由文献检索可知，国内外关于同位素微电池的文献中提高微电池效率的方案主要是增大放置放射性材料空间的表面积，采用三维结构，使单位投影面积上接受的辐射剂量提高从而增强同位素电池的输出功率。事实上，以往技术中都未考虑β辐射的泄漏而造成微电池输出效率的损失。
β射线由于其质量很小而存在较强的反散射现象，β粒子的吸收和散射在工业上常用来测量带材的厚度和作自动控制用。通常反射系数在100kev能量量级以下，反射系数随能量的减小而缓慢增大，对同样能量的β粒子，不同的常用材料的反射系数相差很大。
发明内容
本发明的目的在于提供提高β-Volt效应同位素微电池转化效率的方法，克服现有技术中因同位素辐射β粒子的泄漏的不足，在封装部分加入抗辐射的反射膜层结构，从而尽可能的减小β粒子的泄漏，提高同位素微电池的转化效率。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明为提高β-Volt效应同位素微电池转化效率的方法：
方法一：在β-Volt效应同位素微电池的封装外壳内侧镀上0.5微米的金膜层。
方法二：在β-Volt效应同位素微电池的金属镍同位素层上镀上0.5微米的金膜层。
工作原理：
由于以往的微电池设计方案中都未考虑β辐射的泄漏而造成微电池输出效率的损失，显然会降低微电池的转化效率。采用对同位素释放的高反射率的材料本方案各种金属材料反射系数在100kev能量量级以下，反射系数随能量的减小而缓慢增大，对同样能量的β粒子，不同的常用材料的反射系数相差很大。工艺上易实现的常见金属材料在在入射电子能量在100kev以下的反射率：Al为0.12、Cu为0.27、Ag为0.38；Au为0.49。
显然采用金材料能确保49％的逃逸能量返回同位素层，经测算Ni63辐射电子的能量范围辐射厚度在0.5微米以内，因此金镀层的保守厚度选为0.5微米，既考虑到防止能量自同位素电池泄露的防辐射的需要，又考虑到金作为贵金属的制造成本。
由于Ni63的对辐射β存在自吸收现象，在设计Ni63金属层时厚度选择以临界饱和吸收厚度为准，加上反射结构以后，同样的微电池输出功率条件下，可减小Ni63金属层的厚度，使其小于临界饱和吸收厚度，从而使反射回来的辐射能量得以补偿由于放射性同位素的减少所致能量的减少，从而提高同位素微电池的转化效率。
有益效果：
在同位素电池输出功率一定的条件下，本发明的方法可减少同位素材料的使用量，提高同位素电池的转化效率。进一步降低为电池的制造成本。对平板型Ni63辐射源而言，其单侧镀金层加上反射结构以后，由于近50％的单侧辐射能量反射回同位素电池的换能层，不考虑同位素层对反射能量的吸收时，理论上转化效率可提高50％，综合考虑放射性同位素层对反射能量的吸收和减小同位素层厚度对反射能量的利用率的提高后，同位素微电池的转化效率可提高15％以上。
具体实施方式：
实施例1
以三明治型PN结同位素微电池为例，在该电池的封装外壳内侧镀上0.5微米的金材料反射层，镀金后转化效率提高15％以上。
实施例2
以三明治型PN结同位素微电池为例，在该电池的的金属镍同位素层上侧镀上0.5微米的金材料反射层，转化效率提高25％。

Claims (1)

1.提高β-Volt效应同位素微电池转化效率的方法，其特征在于：
方法一：在β-Volt效应同位素微电池的封装外壳内侧镀上0.5微米的金膜层；
方法二：在β-Volt效应同位素微电池的金属镍同位素层上镀上0.5微米的金膜层。
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