[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

说明书

本发明提供一种热离子‑温差梯级发电同位素电池及其工作方法，涉及同位素热‑电转换技术领域，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内以相对分布，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和与推力板相插拔适配的导热板，导热板与发电装置容器相接，且导热板内滑动套设有与温差发电模块相接的导热活塞，导热活塞内套设有推力弹簧，推力弹簧两端分设抵接至温差发电模块和导热板处，同位素放射热源不仅限于热离子发电，即，通过对同位素放射热源产生热量的进行二级应用，实现了能量的梯度利用。

技术领域

本发明涉及同位素热-电转换技术领域，尤其涉及一种热离子-温差梯级发电同位素电池及其工作方法。

背景技术

人类活动逐渐面向外太空、深海、极地、荒漠等，这些地方需要能长时间稳定提供电能的电源装置，普通电池已难以满足这些活动的需要，化学电池工作寿命有限，光伏电池强烈依赖太阳光，且性能还受到外太空中的宇宙射线影响，相比于普通电池，放射性同位素电池具有工作寿命长、可靠性高、能量密度大、体积小等特点，这些特点使放射性同位素电池成为航天、深海等领域最佳的电源。

但同位素电池的效率普遍只有6％～8％，大部分热能都直接排放了，这主要是因为半导体塞贝克效应发电的能量转换效率过低，因此，设计复合电池将未使用的同位素热源利用起来以实现能量梯度，是利用提高同位素电池效率的有效途径。

同时在航天领域应用中，同位素电池处于失重状态，其维修或替换部件都不易操作，并且一旦遇到太空垃圾撞击或在火星等具有沙尘暴环境的星球上操作，其内部元件易损坏，因此，如何在结构上提高同位素电池的易维修性和抗震性能也是重要的研究方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热离子-温差梯级发电同位素电池及其工作方法，以解决上述技术问题。

本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：

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内以相对分布，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和与推力板相插拔适配的导热板，导热板与发电装置容器相接，且导热板内滑动套设有与温差发电模块相接的导热活塞，导热活塞内套设有推力弹簧，推力弹簧两端分设抵接至温差发电模块和导热板处，推力弹簧用于提供温差模块与热离子发电模块相贴合的压制力。

优选的，所述温差发电模块包括热电元件，热电元件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，第二可调负载两端触及块状物端部。

优选的，所述导热活塞与导热板材质相同，且导热活塞与导热板间隙配合。

优选的，所述间隙配合数值不超过0.02mm。

优选的，所述热电元件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。

优选的，所述热离子发电模块包括与热电元件和推力板相接的金属集电极极板，金属集电极极板旁侧设有同位素放射热源，同位素放射热源和金属集电极极板之间设有金属发射极极板，金属发射极极板同金属集电极极板之间设有将金属发射极极板和金属集电极极板相电性连接的第一可调负载，第一可调负载用于输送电能。

优选的，所述同位素放射热源为带有衰变热效应的α放射源或β放射源。

优选的，所述发电装置容器外侧设有散热模块，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。

一种热离子-温差梯级发电同位素电池的发电方法，其特征在于，包括如下使用步骤：