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同位素电池——精选推荐--第1页
同位素电池
同位素电池
一、课题研究背景和意义
电池已经成为电子产品的心脏，其体积和容量成为制约电子产品体积和寿命
的瓶颈性因素。目前最好的传统化学电池具备0.3mWh/mg左右的能量密度，而
据韩国三星电子集团预测，下一代便携式计算机、手机、掌上电脑等电子产品需
要0.5mWh/mg的能量密度，美国国防部则在2006年对配置在便携式军用电子装
置上的电池提出能量密度为1~3mWh/mg的更高标准，即便是当今最好的锂离子
电池也达不到以上要求；另一方面，MEMS技术发展的趋势就是与能源装置集
成到一起，构成能够在无需看管、无需充电和更换电池的条件下长期工作的微系
统，对体积小、能量密度高和使用寿命长的能源装置提出了迫切的需求。没有微
型化或小型化的长效电源装置，MEMS系统将难以发挥其微型化的优势在宏观
系统所不能及的领域完成特定的功能,甚至有可能失去其微型化的本来意义。常
规电池已经开始不能满足便携式电子产品和MEMS系统对小型化、集成化和长
寿命能源日益增长的要求。
同位素电池是将放射性元素衰变过程中释放的能量转化为电能的供能装置，
具有独特的优势。放射性同位素的半衰期大多都长达数十年到上百年，能够使电
池使用数十年之久，其长效优势使其成为便携式电子产品和集成MEMS系统理
想的能源。其采用与太阳能电池光生伏特相似的辐生伏特效应，直接利用放射源
衰变产生的粒子轰击肖特基结来产生电流，不需要复杂的热电转化机构和耐高温
外壳。同时，由于采用不损伤肖特基结的弱放射源，对人体无损害，无需防护，
使得高功率同位素电池结构更加精简，可有效地减轻重量和体积，提高能量体积
比。与各种常规电源相比，采用微加工工艺制造的MEMS核电池具有寿命超长、
能量密度高、输出特性稳定、安全性高、便于集成等显著特点。
该装置能够采用兼容于MEMS工艺的半导体技术批量生长，有望解决微型
管道机器人、植入式微系统、无线传感器节点网络、人工心脏起搏器和便携式移
动电子产品的长期供电问题；该装置采用采用直接换能结构，直接将放射能转化
为电能，优于需要隔热层的传统热电式放射性同位素电池（RTG，Radioisotope
ThermoelectricGenerator），更适于微型化、轻量化和集成化，有望取代太阳能电
池和热电式放射性同位素电池，在航天和航空领域解决微/纳卫星，深空无人探
测器和离子推进器的长期供电问题。
二、国内外研究状况
近年来，在基于MEMS技术的同位素电池方面，国外许多科研院所纷纷开
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同位素电池
展研究工作。2002年，美国Wisconsin大学Madison分校的Blanchard领导的研
究小组，在美国能源部(DOE)的支持下，对MEMS微型核电池进行了具有开创
性意义的工作，证明利用放射性元素衰变释放的能量为MEMS器件供电的可行
性。图1为利用放射性粒子能量的自振荡悬臂梁系统结构图。2003年，美国Cornell
大学Lal研究小组在美国国防部高级研究计划署(DARPA)和美国国家科学基金
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