[发明专利]一种模块化辐伏类同位素电池

说明书

本发明公开了一种模块化同位素电池结构。所述的电池中的壳体中设置多个模块电池；单个模块电池从外到内依次设置有高Z材料的屏蔽层、高分子弹性材料层、金属密封外壳、弹性抗震层、单元电池；单个单元电池由外到内依次设置有下电路外壳、上盖板、绝缘层、下电路板绝缘层、单元电池、上电路板、上发光陶瓷片、下发光陶瓷片、密封放射源；多个单元电池间通过连接线路板实现串并联，多个模块电池通过电路板实现串并联。本发明采用多重密封和多重抗震结构以及弹性结构的电互联大大增加了用户在运输、存储和使用中的安全可靠性。

技术领域

本发明属于同位素电池技术领域，具体涉及一种模块化辐伏类同位素电池。

背景技术

辐伏类同位素电池的研究起始于上世纪50年代，自上世纪70年代以来，辐伏类同位素的研究成为微型自供电系统研究领域的热点，发达国家投入了大量的人力与财力开展了研究，尤其是美国，其国防部、航空航天部、能源部每年都投入数千万美元组织武器实验室(圣地亚实验室、Army Research Laboratory)、高校(康奈尔、威斯康辛、加利福尼亚、罗切斯特等)和公司(Bettabatt、Widetronix、Citylabs、Qynergy)开展长期的研究(M.A.Prelas等，Progress in Nuclear Energy[J]，7，4，2014；L.L.Gadeken，NRELIndustry Growth Forum，Apr.2007)。辐伏类同位素电池包括直接辐射伏特效应同位素电池、辐射致光联合光伏效应同位素电池及辐伏/光伏联合转换同位素电池。本世纪以来已经有这方面产品开发的公开报道：美国Widetronix2010年推出了输出的0.15μW～1μW的氚电池(J.W.Greene，NREL Industry Growth Forum，Nov.2009)，用于微传感器、超低功耗射频电子标签等。美国的CityLabs公司2008年推出了输出75nW的氚电池样品，2012年推出了输出达到μW级的电池样品，用于结构件健康状况监测传感、密码锁等(L.C.Olsen等，Physicstoday[J]，11，2012)。

当前，中国MEMS系统技术和芯片技术与发达国家有很大的差距，尤其在低功耗系统设计与工艺实现方面差距更大，但随着我国科学探索向空间纵深延伸，在深海、空间等不易更换电源而太阳能等其他能源供给形式不存在或不稳定存在的情况下，对长寿命的同位素电源的需求或者包含长寿命同位素电源的复合能源的需求逐渐凸显。电子元器件及电路的降耗技术也逐渐起步，基于MEMS工艺的灵敏元器件和低功耗集成电路芯片技术持续发展，低功耗微机电系统(MEMS)广泛进入国防和社会生活领域，辐伏类同位素电池和包含辐伏类同位素电池的复合电池作为一种与低功耗集成电路和低功耗MEMS系统匹配良好的长寿命微型电源必将有广阔的应用前景。

提高辐伏类同位素电池的输出能量密度是辐伏类同位素研制持续追求的目标，其中，采用中高能同位素，提高辐伏类同位素电池的能量输入密度是提高输出能量密度的有效途径之一，但对发射较高能量的β和d同位素，必须解决一般半导体结型器件不耐高能粒子轰击而使电池性能不能维持长时间的稳定的问题。1995年United States Patent5440187“Long life radioisotope-powered，voltaic-junction battery usingradiation resistant materials”报道了InP掺杂半导体形成的PN结在电池内部的低热条件(约50℃)自退火的抗辐射器件，但这只一定程度地改善PN结的辐射损伤，并不能完全修复PN结的辐射损伤，其长期性能没有验证报道。