一种基于液态金属传热的长寿命温差发电同位素电池的制作方法

本发明涉及能源，具体涉及一种基于液态金属传热的长寿命温差发电同位素电池。

背景技术：

1、人类活动逐渐面向外太空、深海、极地、荒漠等，这些地方需要能长时间稳定提供电能的电源装置，普通电池已难以满足这些活动的需要。化学电池工作寿命有限，光伏电池强烈依赖太阳光，且性能还受到外太空中的宇宙射线影响。相比于普通电池，放射性同位素电池具有工作寿命长、可靠性高、能量密度大、体积小等特点，这些特点使放射性同位素电池成为航天、深海等领域最佳的电源。

2、但是，同位素电池的使用时间受限于热电元件的寿命，而热电元件的使用环境较为恶劣，它在充当传热途径，忍受高温环境下还需要作为承力部件，尤其是在发射和登陆阶段，在高加速的振动环境下，热电元件的力学性能受到很大的考虑，尤其是换能材料与绝缘材料的焊接层，可能会出现撕裂或脱落情况，这也是同位素电池的寿命不如预期的原因。

3、同时，核电池为了保障发电效率，要求热量尽可能的从热源-热电元件-外部环境的传热途径中传导，而在一般的核电池传热过程中，需要通过热辐射+固体热传导的方式，该传导途径依赖于固体传热通道的可靠性，一旦核电池收到外力作用如振动等环境，可能造成固体结构的扭曲或损坏，则可能造成热电元件的热量无法传递，形成核电池内部热积累现象，造成元件的寿命降低。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种基于液态金属传热的长寿命温差发电同位素电池，旨在解决现有技术中的问题。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、一种基于液态金属传热的长寿命温差发电同位素电池，包括第一液态金属流道、第二液态金属流道、同位素放射热源、热电元件和隔热层，所述同位素放射热源固定安装在所述第一液态金属流道内；所述隔热层固定套设在所述第一液态金属流道外，所述第二液态金属流道罩在所述隔热层外，且所述第一液态金属流道和所述第二液态金属流道内分别填充有液态金属介质；所述热电元件固定安装在所述第二液态金属流道的顶部，其下端穿过依次穿过所述第二液态金属流道及所述隔热层延伸至所述第一液态金属流道内。

4、本发明的有益效果是：温差发电过程：同位素放射热源向第一液态金属流道发射衰变热辐射，加热第一液态金属流道内的液态金属介质，并使其与第二液态金属流道的液态金属介质产生温差；不同温差的两条流道通过热电元件的两端，使热电元件因温差发电形成完整电路；

5、自发运行过程：热电元件发电产生的电流形成电磁场，第一液态金属流道和第二液态金属流道中的液态金属介质切割该电磁场的磁感线，并受到电磁力作用在各自的流道中循环流动；

6、换热过程：第一液态金属流道和第二液态金属流道在热电元件中进行局部热交换，将热量传导到外界；

7、此外，隔热层作为夹层紧贴第一液态金属流道和第二液态金属流道之间，保证两流道的温差。

8、本发明结构简单，设计合理，提供一种无承力件、散热性能良好的同位素电池的设计，有效改善了热电元件的工作环境，提高了电池寿命。

9、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

10、进一步，所述第一液态金属流道和/或所述第二液态金属流道和/或所述隔热层分别呈圆筒状结构。

11、采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，整齐美观，占用空间小。

12、进一步，所述第二液态金属流道的外侧壁上沿其周向均匀间隔固定安装有多个散热翅片。

13、采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，通过多个散热翅片辅助第二液态金属流道进行散热，进一步提高散热的效果。

14、进一步，所述同位素放射热源为带有衰变热效应的α放射源或β放射源。

15、采用上述进一步方案的有益效果是设计合理，α放射源和β放射源放射性强，保证有足够的热量加热第一液态金属流道内的液态金属介质。

16、进一步，所述同位素放射热源为pu238或po210。

17、采用上述进一步方案的有益效果是设计合理，pu238和po210的放射性强，保证有足够的热量加热第一液态金属流道内的液态金属介质。

18、进一步，所述热电元件采用氮化铝电绝缘导热陶瓷基板。

19、采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，采用氮化铝电绝缘导热陶瓷基板，其不再承受任何结构力，只通过管道卡箍等设计固定在两条流道表面，其中温差发电元件热端固定在第一液态金属流道上，冷端固定在第二液态金属流道上，整个热电元件占用面积小。

20、进一步，所述第一液态金属流道和/或所述第二液态金属流道采用nb-1zr材料制成，且所述液态金属介质为li或na-k。

21、采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，加热及换热快，且不影响磁感线的切割以使得第一液态金属流道和述第二液态金属流道内的液态金属介质循环流动。

22、进一步，所述隔热层采用微孔绝热材料制成，且其热导率≤0.025w/m。

23、采用上述进一步方案的有益效果是选择合理，通过隔热层可保证第一液态金属流道和第二液态金属流道之间存在温差，以便热电元件进行发电。

技术特征：

1.一种基于液态金属传热的长寿命温差发电同位素电池，其特征在于：包括第一液态金属流道(2)、第二液态金属流道(5)、同位素放射热源(1)、热电元件(6)和隔热层(3)，所述同位素放射热源(1)固定安装在所述第一液态金属流道(2)内；所述隔热层(3)固定套设在所述第一液态金属流道(2)外，所述第二液态金属流道(5)罩在所述隔热层(3)外，且所述第一液态金属流道(2)和所述第二液态金属流道(5)内分别填充有液态金属介质；所述热电元件(6)固定安装在所述第二液态金属流道(5)的顶部，其下端穿过依次穿过所述第二液态金属流道(5)及所述隔热层(3)延伸至所述第一液态金属流道(2)内。

2.根据权利要求1所述的基于液态金属传热的长寿命温差发电同位素电池，其特征在于：所述第一液态金属流道(2)和/或所述第二液态金属流道(5)和/或所述隔热层(3)分别呈圆筒状结构。

3.根据权利要求2所述的基于液态金属传热的长寿命温差发电同位素电池，其特征在于：所述第二液态金属流道(5)的外侧壁上沿其周向均匀间隔固定安装有多个散热翅片(4)。

4.根据权利要求1-3任一项所述的基于液态金属传热的长寿命温差发电同位素电池，其特征在于：所述同位素放射热源(1)为带有衰变热效应的α放射源或β放射源。

5.根据权利要求4所述的基于液态金属传热的长寿命温差发电同位素电池，其特征在于：所述同位素放射热源(1)为pu238或po210。

6.根据权利要求1-3任一项所述的基于液态金属传热的长寿命温差发电同位素电池，其特征在于：所述热电元件(6)采用氮化铝电绝缘导热陶瓷基板。

7.根据权利要求1-3任一项所述的基于液态金属传热的长寿命温差发电同位素电池，其特征在于：所述第一液态金属流道(2)和/或所述第二液态金属流道(5)采用nb-1zr材料制成，且所述液态金属介质为li或na-k。

8.根据权利要求1-3任一项所述的基于液态金属传热的长寿命温差发电同位素电池，其特征在于：所述隔热层(3)采用微孔绝热材料制成，且其热导率≤0.025w/m。

技术总结
本发明涉及一种基于液态金属传热的长寿命温差发电同位素电池，包括第一液态金属流道、第二液态金属流道、同位素放射热源、热电元件和隔热层，同位素放射热源固定安装在第一液态金属流道内；隔热层固定套设在第一液态金属流道外，第二液态金属流道罩在隔热层外，且第一液态金属流道和第二液态金属流道内分别填充有液态金属介质；热电元件固定安装在第二液态金属流道的顶部，其下端穿过依次穿过第二液态金属流道及隔热层延伸至第一液态金属流道内。本发明的有益效果是结构简单，设计合理，提供一种无承力件、散热性能良好的同位素电池的设计，有效改善了热电元件的工作环境，提高了电池寿命。

技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：中子高新技术产业发展（重庆）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13