[发明专利]一种热离子-温差梯级发电同位素电池及其工作方法

权利要求书

1.一种热离子-温差梯级发电同位素电池，包括热离子发电模块和温差发电模块，热离子发电模块和温差发电模块置于发电装置容器(11)内以相对分布，其特征在于：温差发电模块旁侧设有活塞固定模块，活塞固定模块包括用于套接温差发电模块的推力板(5)和与推力板(5)相插拔适配的导热板(10)，导热板(10)与发电装置容器(11)相接，且导热板(10)内滑动套设有与温差发电模块相接的导热活塞(8)，导热活塞(8)内套设有推力弹簧(9)，推力弹簧(9)两端分设抵接至温差发电模块和导热板(10)处，推力弹簧(9)用于提供温差模块与热离子发电模块相贴合的压制力。

2.根据权利要求1所述的一种热离子-温差梯级发电同位素电池，其特征在于：所述温差发电模块包括热电元件(6)，热电元件(6)为两端设有氮化铝电绝缘导热陶瓷基板的块状物，块状物旁侧设有第二可调负载(7)，第二可调负载(7)两端触及块状物端部。

3.根据权利要求1所述的一种热离子-温差梯级发电同位素电池，其特征在于：所述导热活塞(8)与导热板(10)材质相同，且导热活塞(8)与导热板(10)间隙配合。

4.根据权利要求3所述的一种热离子-温差梯级发电同位素电池，其特征在于：所述间隙配合数值不超过0.02mm。

5.根据权利要求2所述的一种热离子-温差梯级发电同位素电池，其特征在于：所述热电元件(6)的材料是碲化铋材料或填充方钴矿材料或碲化铅材料或SiGe材料。

6.根据权利要求1所述的一种热离子-温差梯级发电同位素电池，其特征在于：所述热离子发电模块包括与热电元件(6)和推力板(5)相接的金属集电极极板(3)，金属集电极极板(3)旁侧设有同位素放射热源(1)，同位素放射热源(1)和金属集电极极板(3)之间设有金属发射极极板(2)，金属发射极极板(2)同金属集电极极板(3)之间设有将金属发射极极板(2)和金属集电极极板(3)相电性连接的第一可调负载(4)，第一可调负载(4)用于输送电能。

7.根据权利要求6所述的一种热离子-温差梯级发电同位素电池，其特征在于：所述同位素放射热源(1)为带有衰变热效应的α放射源或β放射源。

8.根据权利要求1所述的一种热离子-温差梯级发电同位素电池，其特征在于：所述发电装置容器(11)外侧设有散热模块，散热模块散热翅片、散热孔、水冷结构、风冷结构中的任意一种或者多种的结合。

9.如权利要求1-8任一项所述的一种热离子-温差梯级发电同位素电池的工作方法，其特征在于，包括如下使用步骤：

1)金属发射极极板受到同位素放射热源的衰变热辐射，部分电子获得足够大的能量，挣脱金属发射极极板的束缚，并发射到金属发射极极板与金属集电极极板之间的真空环境中，并被金属集电极极板捕获，从而形成闭合回路产生电流，该电流受第一可调负载调节；

2)金属集电极极板的热量传递到热电元件，并经过导热活塞和导热板，最终传到发电装置容器外壁散热，在该热量传导过程中，热电元件两端产生温差，并根据塞贝克效应产生电流，该电流受第二可调负载调节；

3)此外，导热活塞固定在推力板上，推力板侧直接与热电元件紧贴，导热活塞内推力弹簧提供预紧力以保障温差热电元件、推力板、金属集电极极板紧密贴合，并且在震动情况下，推力弹簧可自由调节压并长度，以保证内部各元件的受力平衡，避免内部元件因震动情况损坏。