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“保質期”超千年 蘇州大學組裝目前已知效率最高的輻光伏核電池
2024年09月23日 16:48:18
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：小王 點擊量：5201
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能源，當被運用在不同產(chǎn)品上時，可以充當離線供能的能源，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)在了便攜設備、交通運輸、可再生能源整合、電網(wǎng)穩(wěn)定性以及新興科技應用等多個方面。
【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能源，當被運用在不同產(chǎn)品上時，可以充當離線供能的能源，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)在了便攜設備、交通運輸、可再生能源整合、電網(wǎng)穩(wěn)定性以及新興科技應用等多個方面。
而現(xiàn)階段，限制電池發(fā)展的兩個主要因素便是壽命衰減以及溫度對性能的影響。那么有沒有可能存在一種電池，既不用擔心溫度等多種因素對性能造成影響，又可以穩(wěn)定使用很久很久呢？近日，蘇州大學給給出了肯定的答復。
根據(jù)蘇州大學新聞網(wǎng)的報道，近日，蘇州大學放射醫(yī)學與輻射防護國家重點實驗室王殳凹教授、王亞星教授團隊聯(lián)合蘇州大學納米科學技術學院、西安高新技術研究所、西北核技術研究所、湘潭大學等研究人員提出了一種基于“內(nèi)置能量轉換器”的錒系微型核電池結構設計理念，通過將錒系元素與發(fā)光鑭系元素的分子層級耦合，實現(xiàn)了放射性核素衰變能到光能轉換效率近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衰變釋放帶電粒子原理制成的超微型電源設備，顯著特點便是體積小、電力強。從原理上來說，這種電池會將少量的放射性同位素放置在特定的半導體材料附近，這些同位素衰變時會發(fā)射高能粒子，這些粒子與半導體材料相互作用，產(chǎn)生電子-空穴對，進而形成電流。而錒系核素尤其是超鈾核素超長的半衰期和高達兆電子伏特的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)的微型核電池構型中，嚴重的自吸收效應會阻礙了錒系α衰變能的轉換，從而增加高效錒系放射性同位素微核電池的開發(fā)難度。
針對這一難點，蘇大引導的團隊在其錒系元素固體化學、分離化學、環(huán)境化學以及防護化學領域系列研究進展的基礎上，提出了一種基于“內(nèi)置能量轉換器”的錒系微型核電池架構。并且團隊通過實驗測定和理論模擬兩個角度進一步驗證了內(nèi)置能量轉換器可以顯著提高能量轉換效率。
實驗結果表明，放射性核素內(nèi)置模式下從衰變能到光能的能量轉化效率比傳統(tǒng)結構提高近8000倍。此外，內(nèi)置能量轉化器還表現(xiàn)出卓越的結構穩(wěn)定性和發(fā)光穩(wěn)定性，將其與光伏電池相結合，能夠將長期穩(wěn)定的自發(fā)光轉化為電能輸出。
基于該成果，研究團隊進一步開發(fā)了全新的錒系微型輻光伏核電池，總能量轉化效率達到0.889%，并且持續(xù)運行200小時性能參數(shù)幾乎沒有衰減。理想狀態(tài)下電池壽命可超過千年。
該成果對于未來核電池領域的發(fā)展意義重大，同時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際使用的那天距離我們還有多遠，但是此刻在能源領域埋下的種子相信會在不遠的將來萌芽。
本文參考資料來源：蘇州大學新聞網(wǎng)
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