科技创新导报2014 NO.13S c ie nc e and Te c hnology Innovation He rald学 术 论 坛科技创新导报 S c ie nc e and Te c hnology Innovation He rald21 5同位素电池， 又被称作核电池， 它是利用放射性同位素衰变时放射出来的载能粒子(比如α 粒子、 β 粒子或γ 光子) 与物质相互作用， 粒子的动能被吸收或阻 止 后转化为内 能， 再通过能量转化器件转化为电能的一种装置。 同位素电池以结构紧凑， 能量密度大， 不受外界环境影响， 使用寿命长等优点， 在航空航天、 航海、 医学、 微型电动机械、 电子产品和电动汽车等领域得到广泛的应用[1]， 是一种前景广阔的...

　　科技创新导报2014 NO.13S c ie nc e and Te c hnology Innovation He rald学 术 论 坛科技创新导报 S c ie nc e and Te c hnology Innovation He rald21 5同位素电池， 又被称作核电池， 它是利用放射性同位素衰变时放射出来的载能粒子(比如 粒子、 粒子或 光子) 与物质相互作用， 粒子的动能被吸收或阻 止 后转化为内 能， 再通过能量转化器件转化为电能的一种装置。 同位素电池以结构紧凑， 能量密度大， 不受外界环境影响， 使用寿命长等优点， 在航空航天、 航海、 医学、 微型电动机械、 电子产品和电动汽车等领域得到广泛的应用[1]， 是一种前景广阔的新能源电池。基于同 位素电池的 能 量转换方式， 它可分为两类： 直接转换式和间接转换式。 更具体的 讲， 主要包括9 种： 直接充电式同位素电池、 辐射伏特效应同位素电池、 温差式同位素电池、 荧光体光电式同位素电池、 热致光电式同位素电池、 气体电离式同位素电池、热机转换同位素电池、 电磁辐射能量转换同位素电池和热离子发射式同位素电池[2]。放射性同位素热源是同位素电池的核心材料， 能量转换材料是同位素电池的主要材料。 下面以直接充电式、 温差式和辐射伏特效应同位素电池三种重要的同位素电池为例对同位素电池的放射性同位素热源和能量转换材料分别进行详细的介绍。1 同位素电池材料1.1 放射性同位素热源根据放射性同 位素的 衰变特性， 大致将其分成 源、 源和 源三种， 其中适合作为同 位素电池放射热源的 有十几种。 包括6 0C o，Po，用的放射性同位素热源的参数比较(表1） 。不同类型的同位素电池中放射性同位素热源所起的作用 不尽相同， 所用 放射性同位素热源也不尽相同。 直接充电式同位素电池是通过直接收9 0S r，238 Pu，1 37C s，242Cm，1 44C e，244Cm等[3]。 表1列出了常1 47P m，170T m，21 0 集放射性同位素热源发射出的载能粒子，将 载 能 粒子 的 能 量转 化 成电能 的 一种 装置。 直接充电式同 位素电池是一种高压型同位素电池， 其开路电压为千伏级。 由于粒子会发射出大量的次级电子， 这类电池一般选用纯 源或具有弱 、 X 射线的 源。常见的 源包括3H、纯度的63Ni、难以获得， 氚 （3H） 是目前已知的 热源中最易获取、 最适合工业化的候选材料。温差式同位素电池利用同位素放射源产生的热能来实现能量转换。生的是 粒子， 放射性防护要求很低， 作PG中国电子技术有限公司为同位素热源体积可以做得很小， 是温差式同 位 素电 池 放 射 性同 位 素 热 源的 研 究 热点， 其半衰期为87.7年， 五年内 热功率值仅下降4%。 美国和前苏联的原型温差式同位素电池使用的是210Po， 而后主要用于反应堆动力的发展。 我国最早的温差式同位素电池也是采用的21 0Po放射热源， 其输出电功率1.4 W， 产生热能为35.5W[5]。辐射伏特效应同位素电池是直接利用放射性同 位素衰变时放出 的 或 粒子轰击半导体材 料产生出 大量电子空穴对， 在半 导体元件内电 场的 作用 下实现分离， 输出电流。年， 释放出的 粒子最大能量仅有67 keV，基本不会损伤器件， 成为目前最受关注的射线辐射伏特效应同位素电池放射性同位素热源。 此外，子在这类电池中应用较多[6]。 氚的能量密度可以达到1000 mW・h /g， 比高能锂离子电池能量密度高出 4个数量级； 并且氚电池无毒， 低污染， 又具有良好的生物兼容性， 比现有的锂离子电池等更绿色环保， 因此氚同位素伏特效应电池应用 前景广阔。 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所[7,8]公开的辐射伏特效应同位素电池以氚作为同位素热源。1.2 能量转换材料不同类型的同位素电池的发电机制不同， 所用能量转换材料也不尽相同。直接充电式同位素电池正极发射电子，负极接收电子， 两个电极均选用金属。 铜具有良好的导电、 导热性能和机械性能， 可作为直接充电式同 位素电池的收集材料。 南华大学设计了以63Ni为能量来源、 铜为收集极的直接充电式核电池， 能量转换效率为9.42%[9]。温差式同位素电池是利用能量转换材63Ni、147P m价格昂贵且在国内9 0S r 和1 47P m。 高9 0S r、238P u衰变产63Ni能量密度高， 半衰期长达1 0 0 90S r 和90Y衰变时发射的 粒同位素电池材料严薇 韩建华 张建强 曹鹏 郭翠霞(国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心 北京 100190)摘要： 同位素电池以结构紧凑， 能量密度大， 不受外界环境影响， 使用寿命长等优点， 在航空、 医学和民用等领域得到广泛的应用， 是一种前景广阔的新能源电池。 本文以直接充电式、 温差式和辐射伏特效应同位素电池三种重要的同位素电池为例对同位素电池的放射性同位素热源和能量转换材料分别进行详细的介绍。关键词： 同位素电池 核电池 氚电池 能量转换中图分类号： TM911 文献标识码： A 文章编号： 1674-098X(2014)05（a） -0215-02图1 SiC肖特基结式器件示意图2 辐射伏特效应同位素电池能量转换材料类型[21]