用户前沿丨苏州大学王殳凹Nature

来源：天美仪拓实验室设备（上海）有限公司分类：成果 2024-09-20 16:30:15 21阅读次数

【科学背景】

微核电池利用放射性同位素的放射性衰变产生小规模电量，通常在纳瓦或微瓦范围内。与化学电池不同的是，微核电池的寿命与所用放射性同位素的半衰期有关，使用寿命可长达数十年。此外，放射性衰变不受温度、压力和磁场等环境因素的影响，使微核电池成为传统电池不切实际或难以更换的场合中持久可靠的电源。常见的镅放射性同位素（²⁴¹Am和²⁴³Am）是α衰变发射体，半衰期超过数百年。在传统微核电池结构中，严重的自吸收阻碍了高效的α衰变能量转换，使得基于α放射性同位素微核电池的开发具有挑战性。

【创新成果】

近期，苏州大学王殳凹教授、王亚星教授联合西北核技术研究院欧阳晓平院士在Nature上发表了题为“Micronuclear battery based on a coalescent energy transducer”的论文，提出了一种包含汇聚能量转换器的微核电池结构。具体的，通过将²⁴³Am并入发光镧系配位聚合物中而形成一个聚结能量转换器，与传统结构相比，从α衰变能量到持续自发光的能量转换效率提高了8000倍。当与将自发光转化为电能的光伏电池结合使用时，可获得一种新型放射性光伏微核电池，其总功率转换效率为0.889%，单位活动功率为139微瓦每居里(μW?Ci^-1)。

【数据概览】

图1 两种不同结构的放射性光伏电池 ? 2024 Springer Nature

图2 TbMel:1%Am样品的合成和自发光特性的表征 ? 2024 Springer Nature

图3 ²⁴³Am金属源模型和聚能传感器模型之间能量转换的试验和蒙特卡罗剂量评估 ? 2024 Springer Nature

图4 放射性光伏核电池的性能 ? 2024 Springer Nature

【科学启迪】

综上，本研究通过创新的汇聚能量转换器结构，提出一种新型微核电池，实现了显著的能量转换效率提升。实验结果表明，与传统的放射性源-能量转换器结构相比，新架构在α衰变能量转换方面表现出了卓越的性能，实现了0.889%的总功率转换效率和139 μW?Ci^-1的功率输出。此外，该电池展示了优异的长期稳定性，即使在持续的内部照射下也能保持稳定的自发光强度，证明了其作为长期可靠微电源的潜力。这些发现不仅为微核电池的发展提供了新的方向，也为未来在极端环境或难以更换电池的应用中提供了新的能源解决方案。随着进一步的优化和集成，这种新型微核电池有望在各种需要长期、稳定电力供应的领域中发挥重要作用。

原文详情：Micronuclear battery based on a coalescent energy transducer (Nature 2024, DOI: 10.1038/s41586-024-07933-9)

本文转载自材料人

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