核电池(整理2篇)
核电池范文篇1
关键词：放射性同位素电池；非硅晶光伏板；弱光效用；光伏板
中图分类号：TL81文献标识码：A文章编号：2095-1302（2016）04-00-03
0引言
放射性同位素电池也称为核能电池，是一种将核能转换成电能的装置，同位素电池具有使用时间长、能量比大、环境影响小的特点，可使其适用于一些极端环境下对电力的需求。时至今日，同位素电池已被广泛运用于各领域中，如航天、海底、极地、洞穴等方面，同位素电池能够持续不间断的为电子设备提供稳定的电压。现有核能电池种类主要有放射性衰变物质温差发电类、热粒子发射核能电池类、P-N结同位素电池等。目前同位素电池还存在体积过大、成本过高、放射性污染风险等问题，这也是科技工作者们现在正努力解决的问题。
1微型核电池设计思路具体方案
方案利用射线致荧光伏特效应机制实现，机制的作用过程是：首先利用射线作用于荧光物质激发荧光，然后再由荧光射入光电池中产生光生伏特效应并转换成电能输出。
具体实现过程为，由放射性物质衰变产生高能射线撞击荧光物质激发光。放射性物质和荧光物质均封装在高硼玻璃管中，可以使发光原件防油，防水，防腐蚀及适应温度变化。而辐射则被很好地屏蔽在管内，不会产生危害，稳定性良好，使用寿命长。
工作原理：放射性核素（危害小）荧光物质光能弱光性光伏板电能。
效果：核能电能。
1.1发光原件结构
发光原件结构图如图1所示。放射性同位素装入高硼玻璃管中，玻璃管内壁涂有Y4-B1荧光粉（K-11荧光粉），厚度为0.1～0.15mm，当射线照射到荧光粉时可以激发荧光物质使其产生荧光，Y4-B1荧光粉放出的光色是蓝色频（波长为454nm），封装好的同位素成圆柱体，在圆柱体上端粘有一小块钕合金磁铁，以方便其取出与放入（使用电磁铁就可将其从导光模具中吸出或放入），方便及时更换重复使用。本实验采用的放射物质为氚气，氚辐射线能级较低，平均能量为5.7keV，典型的Beta放射源对光壁内的荧光物质损害较小，氚光管不会对外界产生照射问题[1]，且半衰期较长为12.3年。体积为3mm2×22.5mm×3.14，管内氚气放射性活度为15GBQ，单位造价便宜。管高为22.5mm，外径为3mm，管厚为0.19mm；内壁荧光材料涂层为0.13mm；钕合金磁铁为1mm×1mm×1mm。
1.2发光原件与光伏板结构
将同位素管以3×3阵列方式排列方向竖直插入导光树脂模具中，光伏板结构如图2所示。在模具外部使用光感原件五面密封，使用液态光学胶水（LOCA）粘接光导模件与光伏板，在模板上端由全反射镜面封盖，其中模具内部发光源的插入孔位半径为3.1mm，比发光原件半径略大，可以方便的将发光原件取出放入，有利于电池整体重复利用。导光材料使用纯环氧树脂，一方面其具有高透光率，另一方面树脂材料具有吸收冲击力的效果，这种以透光树脂密封的表面层具有好的耐热性，且吸水率低，即使在潮湿的场合也不析出游离酸。因而防止电池组件在高湿度环境中因透光性随之下降所导致的性能退化[2]。这样既可以减少光能流失又可以提高整体电池的抗冲撞能力，使安全性进一步的提高。光导树脂模具宽为15mm，长为15mm，高为25mm，预留给同位素棒的空洞直径为3.1mm，没有封顶。
1.3电池外部保护与电荷平衡
电池外部由铝合金外壳作为保护，如图3所示。铝合金外壳厚度为1mm，外长为15.1mm，外宽为15.1mm，外高为25.1mm。
由于该试验电池使用的放射性物质为Beta衰变方式的氚气，所发射的射线为高速电子随着时间的推移发光管内部自由电荷逐渐增加，为了平衡内部因同位素衰变产生的不平衡内外电荷，金属外壳与内部光感原件输出正极接通，以释放衰变过程中所产生的电子。其中，同位素不能使用能量级过高的放射性物质（活动过高的放射性元素），可以使用氚，镅等元素，因为其衰变产生的射线容易被屏蔽，氚衰变产生的Beta射线只能在空气中传播几厘米，且在此结构中大部分由荧光素部分吸收，少量由高硼玻璃管壁吸收，不会对外界产生辐射危险。镅是标准的阿尔法放射源，阿尔法射线穿透能力最弱，不能从管中逃逸出来，因此也可以用于此结构。但像钚、钴-60等元素却不能使用，因为其射线能量非常高，穿透力大，此结构不能安全屏蔽射线，过高的能量射线也会使感光元件受损。所以最理想的元素就是氚或镅。表1所列为用于微型核电池的纯β放射源[3，4]。
1.4弱光效应光伏电池的选择
由于该设计中的辐射致光源光强强度较弱，所以考虑到光源强度弱的关系不能采用普通的晶硅或微晶硅类型的光伏板。在弱光条件下无法产生足够的电压来越过硅晶体的能量禁带，这就意味着晶硅型光伏板在此类弱光条件下无法产生电流，因此必须使用非晶硅型光伏电池，非晶硅具有生产技术工艺简单，适应性强，生产成本低的特点[4]。此类光伏电池吸收率较晶硅光伏电池大。即使在弱光条件下也可以产生电流，虽然晶硅型光伏电池在强光下效率很高，但在弱光下非晶硅型光伏板效率反而要高于晶硅型，不同光强效率对比如图4所示。
1.5基本电路连接
五个光伏原件串联，其输出负极接外壳，由于输出电流小，若要驱动其他微电路需要初步储能，由UJT原件产生脉冲电流，蓄能脉冲整流输出如图5所示。蓄能脉冲整流输出结构简单、耐用，可用于有源电子标签，信号标等产品中。还可以运用到射频电子标签中，运用低功耗的射频发射技术在芯片Chartered0.35μmCMOS工艺流片上制造出超低功耗的电子标签，其电源电压范围为1.2～2V，环形振荡器消耗的电流平均约为6.5μA[5，6]。
2新型核电池测试效果
2.1电池输出数据测试
输出电压：九个同位素管下实测为1.04276V；输出电流测量：间接测量使其给一个4.7μF电容充电，在三十秒时电压可到达0.937V，运用RC模型粗略计算其内阻R为59.72MΩ，电流为17.5nA，输出功率为17.9nW。
2.2电池输出数据分析
通过制作小型核能电池，13.5mm×34.9mm×6mm体积大小的核能电池就可以产生1.025V的电压，17.5nA的电流，用于微电子电路可产生功率17.9nW。在实验过程中，九个同位素管下实测为1.04276V。随着氚衰变，输出电压也会下降，如果采用镅元素则电池在200多年后电压才会下降到出厂时的一半。
该设计使同位素电池的体积大大缩小，一个几nW的电池体积如瓶盖般大，同时本设计使用分离同位素的方法，有效减少了辐射溢出，输出电压为1.04V，降低了成品电池的成本。利用新型sc14351光感原件或低价格的放射性同位素氚都可以降低成本。该同位素衰变体与发电装置之间相互隔离，衰变体是独立封存在单独的管子里，当衰变体需要更换时，大部分同位素电池在超过使用年限后都将按危险放射性废物处理，利用可更换的电池结构轻松取出和装入新的衰变体，使电池整体可以重复使用以减少浪费。
测试发现可以通过对放射源以及制作工艺的优化，提高能量转化效率，缩小体积，这说明应用上还需要进一步改善才能达到好的效果。
3前期成果
3.1前期成果
本文介绍的这种核能电池优点在于使用放射性低的元素氚、镅，使得研发变得安全、便宜，且没有了巨大的屏蔽装置，体积减小、重量减轻，可应用于微电子器件中。体积小是此同位素电池的一大亮点，同位素电池的输出功率与其体积成正比，一个几nW的电池体积如瓶盖一般大小，其次成本低，并且可重复使用，但同位素衰变减少后不能重复使用。本设计将同位素衰变体与发电装置之间相互隔离，衰变体独立封存在单独的管子里，当衰变体需要更换时，可轻松的取出并装入新的衰变体。
3.2需改进部分
该电池目前的设计还有很大的改进空间，下一步将进行功率提升的改进，需要更多的稀有同位素，在光导模具中更紧密的组合产生更高的输出功率，测量与计算相关参数并且构架电池的数学模型。我们将设计一款运用此款电池工作的电子模块来作为商业市场调查的基础样品。
4结语
现阶段我们专注于电池整体框架的建立，并且基础工程模型已具有非常好的安全性，与此同时我们也进一步缩小设计使其体积达到13.5mm×34.9mm×6mm，造价相对于现有核能电池要便宜许多，亦有望进入民用化市场。
参考文献
[1]杨海兰，戴军，侯雪莉.氚自发光标志牌轫致辐射特性的实验测定[J].辐射防护，2015（6）：381-384.
[2]片冈一郎，森隆弘，山田聪，等.透光树脂密封的太阳能电池组件：日本，CN1107984C[P].2012-04-11.
[3]郝少昌，卢振明，符晓铭，等.核电池材料及核电池的应用[J].原子核物理评论，2006，23（3）：353-358.
[4]周庆明，吴忠明，何威，等.一种非晶硅光电池的制造方法：中国，CN1741288A[P].2006.
核电池范文篇2
【关键词】蓄电池；核对性充充放电；注意事项
1、蓄电池核对性放电的必要性
变电站中直流系统是一个独立的电源，不受站用电及系统运行方式的影响，为信号设备、保护、自动装置、事故照明等提供直流电源。正常运行时，电池以稳压浮充方式运行，其浮充电流应满足补偿电池自放电及维持氧循环的需要。而长期处于稳压浮充方式运行的蓄电池，其极板表面将逐渐产生硫酸铅结晶体，堵塞极板的微孔，阻碍电解液的渗透，增大了蓄电池的内阻，降低了极板中活性物质的作用，使得蓄电池容量大为下降。而核对性放电能客观、准确地测出蓄电池的真实容量，同时可使蓄电池得到活化，容量得到恢复，使用寿命延长，因此有必要对蓄电池进行核对性放电，以保证直流电源系统的可靠运行。
2、阀控密封铅酸蓄电池组核对性放电周期
阀控密封铅酸蓄电池俗称“免维护蓄电池”，“免维护”仅指无需加水、加酸、换液，而日常的检测和维护仍是必不可少的。
根据规程要求，新安装或大修中更换过电解液的阀控密封蓄电池组，应进行全核对性放电试验，以后每隔2-3年进行一次核对性放电试验，运行了6年以后的阀控密封铅酸蓄电池，每年应作一次核对性充放电试验。
3、阀控密封铅酸蓄电池的核对性充放电方法
3.1一组阀控蓄电池。这时不能退出运行，也不能做全核对性放电，只允许用I10电流放出额定容量的50%，在放电过程中单体蓄电池电压还不能低于2V。放电后，应立即用I10电流进行恒流充电，在蓄电池组电压达到（2.30～2.33）V×N时转为恒压充电，当充电电流下降到0.1I10时，应转为浮充电运行，反复几次上述放电充电方式后，蓄电池组容量可得到恢复。
3.2两组阀控蓄电池。这时可一组运行，另一组断开负荷，进行全核对性放电。进行全核对性放电时，放电电流以I10电流恒流进行，当单体蓄电池端电压下降到1.8V时，应停止放电，隔1-2h以后，再用I10电流进行恒流限压充电-恒压充电-浮充电。若经过三次全核对性放电蓄电池组容量达不到额定容量的80%以上，可认为此组蓄电池的使用期限已到，应安排更换蓄电池。
4、阀控密封铅酸蓄电池核对性充放电的注意事项
4.1放电工作的注意事项
4.1.1放电过程中，保证直流系统安全运行，防止直流母线失压。
4.1.2放电电流应是该蓄电池l0h放电率的电流值，防止过放电。同时应加强放电仪蓄电池电压监视，并做好记录。
4.1.3设置好放电仪的放电参数，放电电流达到蓄电池10h放电率，电池容量按80%计算，若阀控铅酸蓄电池额定容量300AH，以额定容量的80%，即240AH，以30A放电8小时。单电池电压低于1.8V，电池组电压达到190V时即停止放电，防止蓄电池过放电。
4.1.4进行核对性充放电倒换运行方式时，在直流母线分段运行的直流系统母线上工作时，严禁用分路开关合环，两套直流系统在并倒负荷时，应先测量压差，不超过±5v时，方可倒负荷。
4.2充电工作的注意事项
4.2.1蓄电池放电后应及时充电，充电电流如果过大，产生的热量可能会把板栅竖筋、汇流端子等熔断，严重的可使蓄电池变型、开裂而失效，所以要对充电电流加以限定，充电时宜采用恒压限流的充电方法进行充电。
4.2.2阀控铅酸蓄电池对充电设备及温度等外部环境因素较为敏感，要求充电机要有较小的纹波系数，并对电池有温度补偿功能。在环境温度为25℃的条件下，2V电池最佳充电为2.7V/只。
4.2.3充电前应对蓄电池用万用表实际测量记录一次，测量出实际与监测电压差值，以后每隔1-2小时应测量和记录一次。
4.2.4用高频开关电源充电时，应考虑负荷电流，充电装置额定电流选择考虑蓄电池均充电流和全站经常性负荷。
4.2.5充电时应严格控制充电电流和电池端电压，防止蓄电池过充，防止电池爆瓶或释压阀开启。应根据现场情况，确定全核对性初充电模块投入数量，模块投入数量=充电电流÷模块额定电流。
4.2.6电池在充电过程中，如发现个别电池端电压差大于+0.10V，应进行充电使全组电池均衡一致的均衡充电。均衡充电采取低压恒压法，充电电压为2.35～2.40V/只，要求每只电池充足电且均衡一致。如果均衡充电后，还有个别电池不能达到正常时，则应单独充电使之正常后，方可入组与电池组一同使用。
4.2.7蓄电池充电过程中单体电池不允许超过35℃，若发现温度过高，应将充电机停止运行，待电池温度降至接近环境温度的1-2℃时，再投入充电机充电或放电。
5、阀控密封铅酸蓄电池放电的技术要求
5.1蓄电池应处在清洁、阴凉、干燥的地方，远离热源和可能产生火花的地方，室温应保持在16～32℃的范围内。蓄电池室内应通风良好，室内氢气含量应不超过4%，以防止有爆炸的危险。
5.2蓄电池不能过放电，每次放电后应及时充电，充电时间一般应在10小时以上。电池的充电电压应随着温度的上升而下降，一般每升高一度，充电电压下降2～4mV。
5.3放电时，应每隔一小时记录一次放电电流、温度和电压，并计算出放电容量。放出容量如室温不是25℃，则按公式Ct=C25[1+K（t-25）]换算成25℃的放电容量，以便与额定容量比较。
6、结束语
蓄电池在运行中过充电、过放电、长期浮充电等，都会影响蓄电池的使用寿命，因此在蓄电池充电时，应严格控制投入的充电模块，调整好充电电流，防止蓄电池过充电；放电时，应正确设置放电仪参数，防止过放电损坏蓄电池。同时运行中应控制好蓄电池室环境温度，避免蓄电池在极端环境中运行，以延长蓄电池的使用寿命。
参考文献
[1]徐海明，王全胜.《变电站直流电源设备使用与维护-阀控密封铅酸蓄电池》.中国电力出版社，2007
