米兰-微型核电池实现转换效率近8000倍提升—新闻—科学网

姑苏年夜学放射医学与辐射防护国度重点尝试室传授王殳凹、王亚星团队结合姑苏年夜学纳米科学手艺学院、西安高新手艺研究所、西北核手艺研究所、湘潭年夜学等研究人员提出了一种基在“内置能量转换器”的锕系微型核电池布局设计理念，经由过程将锕系元素与发光镧系元素的份子层级耦合，实现了放射性核素衰变能到光能转换效力近8000倍的晋升，并组装了今朝已知效力最高的辐光伏核电池。日前，相干研究功效颁发在《天然》。

自觉光样品暗中前提下的自激起光现象。课题组供图

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微型核电池是将放射性同位素衰变能转换为电能的装配，得益在放射性同位素衰变不受外界情况影响的特征，微型核电池在诸多传统电池难以胜任或面对挑战的利用场景中，成了一种持久且不成或缺的能源解决方案。锕系核素特别是超铀核素如241Am/243Am是核废物中持久放射毒性的首要进献者，其超长的半衰期和高达兆电子伏特的α（alpha）衰变能促使研究人员摸索开辟锕系微型能源的可能性。但是，在传统的微型核电池构型中，严重的自接收效应阻碍了锕系α衰变能的转换，使得高效锕系放射性同位素微核电池的开辟极具挑战。

针对这一困难，由王殳凹领衔的姑苏年夜学放射化学研究团队在其锕系元素固体化学、分手化学、情况化学和防护化学范畴系列研究进展的根本上，提出了一种基在“内置能量转换器”的锕系微型核电池架构，此中锕系核素243Am和发光镧系元素Tb3+共组装成晶态配位聚合物，且它们之间的距离处在埃米规模以内，从而实现了放射性核素与能量转换单位在份子层级的耦合。243Am衰变发生的α粒子能量可极其高效地沉积到四周的镧系元素上，继而发生显著的辐射发光现象。在仅利用11 μCi放射性核素用量的环境下，研究团队不雅测到了内置能量转换器中243Am内辐照引诱的肉眼可见的自觉光。后续的尝试测定了该自觉光功率为11.88 nW，衰变能到光能的转换效力高达3.43%。

研究团队经由过程尝试测定和理论摹拟两个角度，进一步验证了内置能量转换器可以显著提高能量转换效力。尝试成果注解，放射性核素内置模式下从衰变能到光能的能量转化效力比传统布局提高近8000倍。蒙特卡洛摹拟成果也注解，放射性核素内置模式下，α粒子的通量和平均能量均显著年夜在传统的放射源外置模式。另外，内置能量转化器还表示出出色的布局不变性和发光不变性，将其与光伏电池相连系，可以或许将持久不变的自觉光转化为电能输出。据此，研究团队开辟了一种全新的锕系微型辐光伏核电池，实现了今朝破记载的0.889%的总能量转换效力和139 μW?Ci-1的单元活度功率。同时，该微型核电池在延续运行200小时内，机能参数几近没有衰减。该功效作为近几十年来核电池范畴的主要冲破之一，为锕系核素在非核燃料轮回范畴的资本化操纵打开了新标的目的。

据悉，姑苏年夜学放射医学与辐射防护国度重点尝试室副研究员李凯、副传授闫聪冲和博士生王俊报酬该论文工作的配合第一作者，王殳凹、王亚星和中国工程院院士欧阳晓平为配合通信作者。

相干论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07933-9

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