β 伏打放射性同位素電源 (RPS) 是將 β 粒子(電子)從 β 發(fā)射放射性同位素源(如鎳 63)直接轉(zhuǎn)換為電能的裝置。這些設(shè)備具有高功率密度，這意味著它們可以在需要時(shí)快速釋放大量功率。它們還具有高能量密度，這意味著它們可以儲(chǔ)存大量電力。它們非常適合航天器等需要在惡劣條件下運(yùn)行多年而無需人工干預(yù)的電源的應(yīng)用。研究人員最近探索了一種新方法，可以使 β-伏打 RPS 更有效地將熱量轉(zhuǎn)化為電能。這些 NextGen RPS 以新的方式將同位素應(yīng)用于改進(jìn)的轉(zhuǎn)換器。這為 NextGen RPS 提供了在偏遠(yuǎn)和極端環(huán)境中提供長(zhǎng)期、緊湊型電源的絕佳潛力。
影響
通常在陸地和太空的偏遠(yuǎn)和/或極端環(huán)境中使用的小型傳感器需要提供高能量和功率密度的電源才能連續(xù)運(yùn)行 3 到 25 年?；瘜W(xué)電池只能提供短期解決方案。Beta 伏打 RPS 是化學(xué)電池的替代品。這些 RPS 的存儲(chǔ)容量是化學(xué)電池的 1,000 倍，因此它們可以為小型傳感器供電多年。這項(xiàng)研究展示了如何通過提高將放射性衰變轉(zhuǎn)化為電能的效率來增強(qiáng) Beta 伏打 RPS 的性能。這一進(jìn)步將有助于使 RPS 對(duì)需要少量功率的小型設(shè)備更加有效，并且代表了通過實(shí)施更高能量的 β 源將核電池功率密度從每 1000 cm3微瓦增加到毫瓦的有希望的第一步。
概括
Beta 伏特電池是一種 RPS。β 伏打電池中使用的放射性同位素(例如 Ni-63、Pm-147)由 DOE 同位素計(jì)劃生產(chǎn)。在傳統(tǒng)的 β 伏打電池中，放射性同位素沉積在金屬箔上，金屬箔位于半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換器的頂部。放射性同位素和轉(zhuǎn)換器之間的相互作用會(huì)限制 RPS 性能。這項(xiàng)研究展示了一種方法，其中長(zhǎng)壽命的 β 發(fā)射放射性同位素可用于匹配化學(xué)電池的功率密度(釋放功率的能力)，同時(shí)在能量密度(存儲(chǔ)功率的能力)上超過它們。研究人員研究了轉(zhuǎn)換器幾何結(jié)構(gòu)和 beta 轉(zhuǎn)換如何通過提高源效率和表面功率密度來影響性能。研究人員專注于由鎳 63 組成的 β 伏打電池配置，該配置直接應(yīng)用于 4-H 碳化硅多型 (4H-SiC) β 伏打電池。從平面轉(zhuǎn)換器幾何形狀更改為紋理 4H-SiC β 伏打電池將功率密度提高了七倍。當(dāng)研究人員將鎳 63 直接應(yīng)用于紋理 4H-SiC β 伏打電池時(shí)，轉(zhuǎn)換器效率比硅電池提高了兩倍。可以在放射性同位素源的兩側(cè)捕獲 β 轉(zhuǎn)換。這允許兩個(gè)電池而不是一個(gè)電池收集β-轉(zhuǎn)換并增加表面功率密度。這項(xiàng)研究表明，放射性同位素和轉(zhuǎn)換器之間的相互作用對(duì)于有效的能量轉(zhuǎn)換至關(guān)重要。這些 NextGen β-伏打 RPS 在實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期、
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