本發(fā)明屬于同位素電池或原子電池領(lǐng)域，具體涉及一種柔性輻射伏特同位素電池。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代電子技術(shù)特別是移動設備和微機電技術(shù)的迅猛發(fā)展，要求其電源具有低功率、長壽命、高可靠性和體積微小的特點，才能滿足在諸如微型管道機器人、植入式微系統(tǒng)、無線傳感器、人工心臟起搏器、便攜式移動電子產(chǎn)品領(lǐng)域、太空或深海無人探測器等高端領(lǐng)域的供電需求。
一種滿足上述需求的微型電池是輻射伏特同位素電池，其是采用能天然發(fā)出β射線的β同位素源與具有pn結(jié)或pin結(jié)的半導體材料相復合，其中β射線轟擊半導體材料時產(chǎn)生電子-空穴對，電子和空穴在pn結(jié)內(nèi)建電場的作用下分別匯集到半導體材料的n區(qū)和p區(qū)，分別形成電池的負極和正極，可對外供電。這類輻射伏特同位素電池為追求高輸出電壓或電流，通常要求β射線具有高能量，例如通常采用的輻射源如下：63ni，其發(fā)出的β射線的平均能量為17.42kev；147pm，其發(fā)出的β射線的平均能量為61.93kev；137ce，其發(fā)出的β射線的平均能量為187.1kev；90sr，其發(fā)出的β射線的平均能量為195.8kev；高能β射線往往會損害半導體材料的晶格，造成半導體材料失效，導致這類輻射伏特同位素電池的壽命難以持久。
為減少對半導體晶格的損害，已經(jīng)有人們建議將β輻射源改為氚，即3h，其發(fā)出的β射線的能量為5.69kev，其能量較低，可減少對半導體材料晶格的損害。但氚以氚氣或重水等流體形式使用時，給電池的密封帶來困難，稍有不慎會導致放射源的泄露，導致安全問題。也有人使用氚化金屬作為氚源，但氚化金屬的制備比較困難，且在生產(chǎn)過程中容易被空氣氧化，也容易分解。
另外，由于單個輻射伏特同位素電池的輸出電壓或電流相對微弱，必須將多個單個輻射伏特同位素電池串聯(lián)或并聯(lián)使用才能給外部負載有效供電，然而其所使用的半導體材料是剛性的，因此只能采用一層一層堆疊的方式來實現(xiàn)串聯(lián)或并聯(lián)，這使得電池的組裝方式受到限制。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種柔性輻射伏特同位素電池，其包括依次貼合的以下三層：
絕緣膜；
氚代聚苯乙烯膜；
銻化鎘半導體膜；
其中各層的厚度均小于0.2mm。
優(yōu)選地，所述銻化鎘半導體膜是柔性的。
優(yōu)選地，所述柔性輻射伏特同位素電池呈長條狀。
優(yōu)選地，所述長條狀柔性輻射伏特同位素電池上沿長度方向每隔預定間隔具有一道垂直于長度方向的橫向壓痕。設置該橫向壓痕的作用在于更便于對長條狀柔性輻射伏特同位素電池進行卷曲。
優(yōu)選地，將所述長條狀柔性輻射伏特同位素電池卷成一卷。
其中所述絕緣膜為任何常規(guī)的絕緣性聚合物膜，例如聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚氯乙烯膜、聚苯乙烯膜、聚四氟乙烯膜等，只要該膜具有柔性和電絕緣性即可。
其中所述氚化聚苯乙烯非常便于工業(yè)化制備，用氚氣與苯乙炔進行常規(guī)加氫反應可得到氚化苯乙烯，然后通過常規(guī)聚合反應使得氚化苯乙烯共聚即可得到氚化聚苯乙烯，然后使用常規(guī)的聚苯乙烯膜生產(chǎn)工藝即可得到氚化聚苯乙烯膜。
其中所述銻化鎘半導體膜是薄膜太陽能電池領(lǐng)域常用的半導體膜，其同所有半導體材料一樣，具有pn結(jié)或pin結(jié)，因此能夠以常規(guī)的輻射伏特效應來將β射線輻射能轉(zhuǎn)化為電能。其中在所述p區(qū)和n區(qū)分別引出歐姆接觸電極，即作為所述柔性輻射伏特同位素電池的正極和負極。
本發(fā)明的有益效果：
1、本發(fā)明使用氚化聚苯乙烯膜作為β同位素源，其便于工業(yè)化制備，且為穩(wěn)定的固體薄膜，不存在使用氚氣和重水時面臨的密封困難，也避免了氚化金屬的易被氧化和易分解的問題，這使得本發(fā)明的伽馬光伏同位素電池極為容易地做到?jīng)]有任何輻射泄漏(電池本身做到絕對安全)。
2、本發(fā)明的柔性輻射伏特同位素電池也可以做到足夠薄，通常三層總厚度不超過0.6mm，優(yōu)選不超過0.3mm，但其面積可以做得很大，并且本發(fā)明通過將各層設計成柔性層，使得本發(fā)明能夠以卷曲的方式進行有效擴展(例如電池本身呈長條狀，例如長寬厚尺寸為1000mm*10mm*0.3mm，在使用時卷成一卷，既有效放大了使用面積，又使得成品電池結(jié)構(gòu)緊湊，總體積很小)，電池有效面積擴展數(shù)百倍，電池容量得以增加數(shù)百倍，達到數(shù)十微瓦級。相對于傳統(tǒng)輻射伏特同位素電池的剛性片層堆疊結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的這種柔性卷曲結(jié)構(gòu)提供了更靈活的組裝方式，提高了電池的空間效率，且更便于對輻射源進行屏蔽，只需要常規(guī)的塑料外殼甚至紙質(zhì)外殼即可完全屏蔽β射線。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的柔性輻射伏特同位素電池的各層結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
下面通過實施例對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步的說明，但并不因此而限制本發(fā)明。
本發(fā)明的柔性輻射伏特同位素電池，其包括依次貼合的以下三層：
絕緣膜，其為商業(yè)聚四氟丙烯膜；
氚代聚苯乙烯膜，其為含有5.56wt％氚的氚代聚苯乙烯膜，對其聚合度沒有過多要求；
銻化鎘半導體膜；其可商購得到；
各膜的厚度均為0.1mm。
該柔性輻射伏特同位素電池可提供約200na/cm2的輸出電流密度。將其制成長寬厚為1000mm*10mm*0.3mm的長條狀，其然后卷成一卷，整體對外輸出電流可達20μa，能夠滿足一般的mems器件或心臟起搏器的電流要求。
以上實施例描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，而不是以任何方式限制本發(fā)明的范圍，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的范圍內(nèi)。