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电池片回收新闻

全球核电池技术进展研究趋势

2019/3/18    来源:    作者:佚名  阅读:155次  【打印此页】

核电池技术  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(alphavoltaics)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。

核电池技术研究趋势

相比干电池、锂电池等传统电池,核电池有着高环境适应性、高稳定性、高功率匹配等天然优势。但转换效率低下,电池能量密度小仍然是限制核电池应用的主要原因。动态型热电转换同位素电池虽然达到了最高20%~40%的转换效率,但其高速运转零部件的润滑问题,和高速转动产生的极大的惯性矢量影响电池稳定性等问题仍未取得突破性进展。

目前,出现了通过采用新型发电原理,特别是基于管道绒毛式纳米线压电材料和纳米热点材料耦合阵列的动态同位素电池,以及依靠管道热流作用热电材料实现电能输出等技术,使得电池同位素放射源加载活度降低,能量转换效率大幅提高,并且更加稳定、易于加工制造,为放射性同位素电池提供了一新的方向。

随着核电池技术的发展,对核电池材料也提出了越来越高的要求。

在同位素热源材料方面,主要包括α、β、γ三种,238Pu和210Po是主要的α源,63Ni、90Sr和90Y是主要的β源。氚源由于具有较高的能量密度(1000mW·h/g),并且无毒低污染,地球上存量极大,在未来的核电池中最具有应用前景。

在能量转换材料方面,Bi2Te3/Sb2Te3是低温温差式电池的主要材料,高温材料则主要选用SiGe。GaN、SiC等,特别是第3代半导体的兴起极大的促进了辐射伏特效应电池的研究。在生长制备等工艺水平突破后极有希望取代核电池中的传统半导体材料。

随着同位素放射源、能量转换材料、防辐射材料等相继取得突破,核电池的安全性更高、寿命更长、成本更低、质量更轻、能量转换效率更高、功率更大。在核电池的安全、功率、成本等问题相继被攻克后,其应用价值领域必定会更高更广。
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