“保質(zhì)期”超千年 蘇州大學(xué)組裝目前已知效率最高的輻光伏核電池
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】電池是現(xiàn)代發(fā)展中頗具代表性的一類產(chǎn)品，其本身的作用是存儲(chǔ)能源，當(dāng)被運(yùn)用在不同產(chǎn)品上時(shí)，可以充當(dāng)離線供能的能源，也可以用于維持電路穩(wěn)定。正因如此，電池的重要性體現(xiàn)在了便攜設(shè)備、交通運(yùn)輸、可再生能源整合、電網(wǎng)穩(wěn)定性以及新興科技應(yīng)用等多個(gè)方面。
而現(xiàn)階段，限制電池發(fā)展的兩個(gè)主要因素便是壽命衰減以及溫度對(duì)性能的影響。那么有沒有可能存在一種電池，既不用擔(dān)心溫度等多種因素對(duì)性能造成影響，又可以穩(wěn)定使用很久很久呢？近日，蘇州大學(xué)給給出了肯定的答復(fù)。
根據(jù)蘇州大學(xué)新聞網(wǎng)的報(bào)道，近日，蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與輻射防護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王殳凹教授、王亞星教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合蘇州大學(xué)納米科學(xué)技術(shù)學(xué)院、西安高新技術(shù)研究所、西北核技術(shù)研究所、湘潭大學(xué)等研究人員提出了一種基于“內(nèi)置能量轉(zhuǎn)換器”的錒系微型核電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，通過將錒系元素與發(fā)光鑭系元素的分子層級(jí)耦合，實(shí)現(xiàn)了放射性核素衰變能到光能轉(zhuǎn)換效率近8000倍的提升并組裝了目前已知效率最高的輻光伏核電池。
微型核電池是一種利用放射性同位素物質(zhì)衰變釋放帶電粒子原理制成的超微型電源設(shè)備，顯著特點(diǎn)便是體積小、電力強(qiáng)。從原理上來說，這種電池會(huì)將少量的放射性同位素放置在特定的半導(dǎo)體材料附近，這些同位素衰變時(shí)會(huì)發(fā)射高能粒子，這些粒子與半導(dǎo)體材料相互作用，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，進(jìn)而形成電流。而錒系核素尤其是超鈾核素超長(zhǎng)的半衰期和高達(dá)兆電子伏特的α(alpha)衰變能在這方面展示出了可觀的發(fā)展前景。
但在實(shí)際生產(chǎn)中，這一過程存在很大的不確定性和不可控性。尤其是在傳統(tǒng)的微型核電池構(gòu)型中，嚴(yán)重的自吸收效應(yīng)會(huì)阻礙了錒系α衰變能的轉(zhuǎn)換，從而增加高效錒系放射性同位素微核電池的開發(fā)難度。
針對(duì)這一難點(diǎn)，蘇大引導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在其錒系元素固體化學(xué)、分離化學(xué)、環(huán)境化學(xué)以及防護(hù)化學(xué)領(lǐng)域系列研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，提出了一種基于“內(nèi)置能量轉(zhuǎn)換器”的錒系微型核電池架構(gòu)。并且團(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定和理論模擬兩個(gè)角度進(jìn)一步驗(yàn)證了內(nèi)置能量轉(zhuǎn)換器可以顯著提高能量轉(zhuǎn)換效率。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，放射性核素內(nèi)置模式下從衰變能到光能的能量轉(zhuǎn)化效率比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)提高近8000倍。此外，內(nèi)置能量轉(zhuǎn)化器還表現(xiàn)出卓越的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和發(fā)光穩(wěn)定性，將其與光伏電池相結(jié)合，能夠?qū)㈤L(zhǎng)期穩(wěn)定的自發(fā)光轉(zhuǎn)化為電能輸出。
基于該成果，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開發(fā)了全新的錒系微型輻光伏核電池，總能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)到0.889%，并且持續(xù)運(yùn)行200小時(shí)性能參數(shù)幾乎沒有衰減。理想狀態(tài)下電池壽命可超過千年。
該成果對(duì)于未來核電池領(lǐng)域的發(fā)展意義重大，同時(shí)也有望在未來的能源格局中扮演重要角色。盡管我們并沒有辦法確定它投入實(shí)際使用的那天距離我們還有多遠(yuǎn)，但是此刻在能源領(lǐng)域埋下的種子相信會(huì)在不遠(yuǎn)的將來萌芽。
本文參考資料來源：蘇州大學(xué)新聞網(wǎng)
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