来源：快猛电池 发布日期：2026-06-02 13:10:20

为解决β辐射伏特效应电池在实践使用中输出功率偏低的问题，本文提出了一种新式同位素β辐射能量转化存储系统，该系统将基于砷化镓的β辐射伏特效应电池与选用片状石墨的低自放电锂金属电池集成。该系统可以完成对β辐射能量的同步搜集、转化与存储。试验中，咱们制备了一种以片状石墨为正极、金属锂为负极、选用添加4-正戊基-4′-氰基联苯(5CB)的DME电解液LiFSI系统的锂金属电池，并将其与基于砷化镓的β辐射伏特效应电池相连。试验结果标明，该系统成功完成了独自使用β辐射伏特效应电池进行能量搜集，并有用驱动了液晶显示器运行。

导言

贝塔伏特电池展现出寿命长、能量密度高、体积紧凑、轻量化规划及环境适应性强等杰出优势[1]，使其成为特别使用中微机电系统（MEMS）的抱负供电方案。其中，基于砷化镓的贝塔伏特电池已成为当前研讨热点[2]。但是，其固有的低输出功率仍是满足实践MEMS需求的要害约束要素。为解决功率输出难题，He等选用的三维PN结与协同模仿规划等先进器材结构，经过添加结面积和优化电场分布，在提升单位体积功率密度方面展现出巨大潜力，为未来高性能贝塔伏特电池指明了重要发展方向[3,4]。本研讨则选用平面PN结结构与之构成对比。虽然这种平面结构的肯定功率密度可能无法与先进的三维规划相媲美，但其优势在于更老练的制造工艺、更简单的结构以及预期更好的稳定性和可重复性，这些要素关于所提出的能量转化与存储集成系统的可靠集成和长时间运行至关重要。该集成储能系统有用保存了核电池搁置期间发生的过剩能量，不仅防止了动力浪费，还能在需求时供给明显超过核电池容量的瞬时功率输出[5]，从而缓解电力缺少的应战。
近年来，研讨者测验将光伏电池与储能设备集成于单一单元[6,7]，这为Beta辐射能量的使用供给了新思路。但是相较于太阳能电池，核电池的功率输出明显偏低。即使选用Multi并联衔接方式，其总电流仍仅能到达微安级[8]。此外，电化学储能设备存在固有的自放电现象——即搁置状态下自发电压Drop，该现象亦称为漏电流[9]。
为完成电化学储能系统对核电池发生能量的有用存储，图1展示了集成式Betavoltaic电池-锂金属电池β辐射能量转化与存储设备的示意图。
其漏电流必须明显低于Betavoltaic Batteries供给的充电电流。目前，大多数低自放电电化学储能器材的漏电流水平处于数微安量级[10,11]，乃至超过了最先进的放射性同位素供电Betavoltaic Batteries的电流输出。因而，为确保核电池-电化学储能系统的全体功率（图1），必须将电化学储能器材的自放电降低至数百纳安范围。
在此背景下，开发具有超低漏电流的储能器材已成为构建Betavoltaic Batteries的要害应战。在现有储能技术中，锂金属电池表现出极低的漏电流[12]，这使其成为存储Betavoltaic Batteries所搜集能量的最优选择。
锂金属电池是指选用锂金属或锂合金作为负极资料的储能器材[13,14]。为最大化存储β辐射-光伏核电池的输出能量，咱们选择片状石墨作为正极。该构型使得超过90%的容量集中在0.8V以下的电压区间[15]，这一数值低于单片微米级Betavoltaic Batteries的开路电压[16]。这标明此类电容器能有用存储来自单片微米级Betavoltaic Batteries的能量输入。
最新研讨标明，在电解液中掺入4-正戊基-4'-氰基联苯（5CB）等ER分子可有用抑制超级电容器的自放电现象[17]。作为向列相液晶，5CB具有高介电各向异性和化学稳定性[18]。研讨证明电场既能调控水基电解液也能调控有机电解液中的液晶分子取向，使其相关于电极表面呈垂直或平行摆放，一起证明5CB在碳电极界面具有富集效应。Xia等研讨标明，在有机电解液（TEMABF4/乙腈）中添加2%的5CB可明显降低超级电容器的自放电率与漏电流[19]。%% 进一步研讨证明，液晶资料经过电流变效应添加中性Li2SO4水溶液电解质的粘度，相同能抑制超级电容器自放电现象[20]。但是经5CB改性的超级电容器漏电流仍高达2.3μA，这无法满足现有核电池使用需求。 %% 基于此，咱们报道了一种整合GaAs基贝塔伏特电池与鳞片石墨增强锂金属电池的新式同位素β辐射能量转化存储系统。浮充电流测验与开路电位测验证明了该储能系统的低自放电特性，一起评价了核电池供能存储设备的能量使用功率。
本研讨测验将5CB引入锂金属电池系统。试验结果标明，添加5CB可使锂离子电容器的自放电率最高降低73.3%。