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正在进行安全检测...

发布时间：2024-03-08 09:51:25 来源：文档文库

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全球核电池技术发展分析

核电池自1913年开始就已经吸引了广大研究人员的兴趣。目前具有潜力的核电池是热电子型、热光电型、直接电荷收集型、热离子型、闪烁中间体型、阿尔法伏特效应电池（alpha voltaics）和贝塔伏特效应电池（betavoltaics）直接能量转换型等。最近40年，主流核电池技术是放射性同位素热电电池（radioisotope thermoelectric generator，RTG），这种电池通过塞贝克效应（Seebeck effect）将放射性元素衰变产生的热量转换为电能。目前，RTG已经被广泛应用于深空探索场景中，并且已经成为评价其他核电池效能的标尺。
目前，制约RTG应用的2个主要因素是转换效率低、体积大。RTG只有约6%的转换效率，因此决定了它的成品具有很大的质量，并且能量密度低。为了能使核电池在小型器件中发挥优势，研究人员正朝着核电池小型化并提高电池转换效率的方向努力。
一、核电池技术研究进展
根据放射性同位素电池的换能量转换效率和输出功率来分类，目前放射性同位素电池可以划分为热电式、辐射福特效应式等。
1.热电式同位素电池
热电式同位素电池通过换能器件，将直接收集放射性同位素衰变所产生的射线，或基于Seebeck效应、热致电子/光子发射效应等转换为电能。目前，热电式同位素电池主
要由于传统材料的热电优值不高、电池漏热较高等因素，造成电池转换效率低。随着新型热电材料的开发已经电池结构改进，有望对热电式电池性能进行提升。
美国弗吉尼亚技术大学机械工程系的Tariq R. Alam等人开发了一种使用佩内洛普的蒙特卡罗源模型来研究不同的氚金属化合物，以更好地设计betavoltaic电池（射线电池）的放射性同位素源。源模型考虑了源中β射线的自吸收，预估了各种源厚度的平均β射线能量、β射线涨落、源功率输出和源效率。用实验结果验证了氚钛与90°角分布的β粒子的模拟结果。分析了各向同性粒子发射后散射效应的重要性。他们的结果表明，归一化平均β射线能量随源厚度的增加而增大，并根据源的密度和具体活动达到峰值能量。随着源厚度的增加，β射线流量和功率输出也随之增加。然而，由于自吸收（self-absorption）效应，在较高的厚度下，由于源效率显著降低，β射线流量和功率输出的增量增加变得最小，因此，达到了饱和阈值。低密度的源材料，如氚化合物（tritide）铍提供了更高的功率输出，效率更高。碳化硅（SiC）和氚化铍为材料，器件获得了约4MW/cm的最大功率输出。他们采用形状因子法，在β射线峰值处得到了最佳源厚度。
3[1]华侨大学Bihong Lin等人对热离子——温差混合发电模块进行了优化研究。他们首先利用非平衡热力学理论制备了热离子——半导体温差热电发射电池模块，利用模型计算出了其输出功率、转换效率、模块功函数、电流密度、电流和负载等参数的优化范围，并且实现了能量源的阶梯利用。
[2]英国剑桥大学的Arias等人研究了利用静电感应来提升同位素热源功率的方法。他们提出并制造了一种基于静电感应的同位素增强装置，在β射线的照射下能够将输出功率提高10%。这种装置可以被用于供暖、太空探索等同位素电池应用领域。
[3]

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/72d65f61df36a32d7375a417866fb84ae45cc3fb.html