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蘇州大學(xué)實(shí)現(xiàn)微型核電池轉(zhuǎn)換效率近8000倍提升
2024年10月14日 15:04:32
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：5876
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
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】微型核電池是一種利用放射性同位素衰變能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，特別適用于傳統(tǒng)電池難以勝任或面臨挑戰(zhàn)的應(yīng)用場景,，如遙感設(shè)備,、醫(yī)療植入物和太空探索等領(lǐng)域。放射性同位素衰變不受外界環(huán)境如溫度,、壓力和磁場的影響,，因此微型核電池能夠提供持久且可靠的能源。然而，傳統(tǒng)微型核電池構(gòu)型中存在嚴(yán)重的自吸收效應(yīng),，阻礙了高效的能量轉(zhuǎn)換,，尤其是針對具有超長半衰期和高達(dá)兆電子伏特α衰變能的錒系核素。
蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與輻射防護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授王殳凹,、王亞星團(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,。
研究團(tuán)隊(duì)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)，即通過錒系元素與發(fā)光鑭系元素的分子層級耦合,，構(gòu)建一個(gè)內(nèi)置的能量轉(zhuǎn)換器,。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)通過將錒系核素243Am摻雜到發(fā)光鑭系(Tb3+)元素配位聚合物中，實(shí)現(xiàn)了放射性核素與能量轉(zhuǎn)換單元的緊密耦合,，從而顯著提高了能量轉(zhuǎn)換效率,。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在僅使用不到10 µCi的243Am情況下,，內(nèi)置能量轉(zhuǎn)換器中觀測到了錒系核素內(nèi)輻照誘導(dǎo)的自發(fā)光現(xiàn)象,。進(jìn)一步的研究表明，從衰變能到自發(fā)光的能量轉(zhuǎn)化效率比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)提高了近8000倍,。通過將這一內(nèi)置能量轉(zhuǎn)換器與光伏電池相結(jié)合,，成功將自發(fā)光轉(zhuǎn)化為電力輸出，得到了一種新型微型輻光伏核電池,。
這種新型核電池的總能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了文獻(xiàn)報(bào)道最高的0.889%，單位活度功率為139μW?Ci-1,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于之前的設(shè)計(jì),。這一成果不僅展示了高效能量轉(zhuǎn)換的可能性，也為錒系核素在非核燃料循環(huán)領(lǐng)域的資源化利用提供了新的研究方向,。此外,，這一成果還為核廢料的資源化利用開辟了新途徑。核廢料中的錒系核素是長期放射性的主要源頭,，通過將其轉(zhuǎn)化為微型核電池中的能源,，不僅減少了放射性廢物的處理壓力，還實(shí)現(xiàn)了廢物的有效利用,。
相關(guān)研究成果Micronuclear battery based on a coalescent energy transducer于近日發(fā)表在國際期刊《自然》(nature),。
參考資料來源：中國科學(xué)報(bào)
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