用于空間堆的堿金屬熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)研究

馬明陽 謝奇林 梁文峰 張傳飛

(1 中國(guó)工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所，四川綿陽 621900) (2 中國(guó)工程物理研究院，四川綿陽 621900)

隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展，一批新型空間應(yīng)用和深空探測(cè)任務(wù)逐步納入實(shí)施規(guī)劃[1]。在空間應(yīng)用領(lǐng)域，以天基雷達(dá)探測(cè)[2]、高功率微波[3]及空間碎片激光清除[4]等為代表的任務(wù)提出了數(shù)十千瓦乃至兆瓦的供電需求，而大面積的太陽能電池陣存在安裝和展開難度高、易受空間碎片和隕石撞擊、撓性影響航天器姿態(tài)控制等問題[5]，難以滿足需求。在深空探測(cè)領(lǐng)域，載人深空飛行、小行星采樣返回、建設(shè)星表基地等任務(wù)[6-9]需要配套百千瓦乃至兆瓦級(jí)供電和推進(jìn)能力，但由于距離太陽較遠(yuǎn)或面對(duì)極端高低溫、塵暴等惡劣環(huán)境，太陽能發(fā)電技術(shù)無法滿足要求[10]。事實(shí)上，對(duì)利用太陽能困難或有大功率供能需求的航天任務(wù)，設(shè)計(jì)和開發(fā)基于核能裝置的核動(dòng)力航天器勢(shì)在必行，以美國(guó)、俄羅斯為代表的空間技術(shù)強(qiáng)國(guó)競(jìng)相研究[11-12]。

熱電轉(zhuǎn)換單元是空間核動(dòng)力裝置的核心部件，理想的熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)應(yīng)具備長(zhǎng)壽命、高可靠、高轉(zhuǎn)換效率等技術(shù)特點(diǎn)[5]。為追求高可靠性，迄今成功發(fā)射和應(yīng)用的空間核能裝置均采用靜態(tài)熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)[13]，包括溫差發(fā)電和熱離子發(fā)電，但轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較低(不超過10%)，大功率應(yīng)用須配套大量核原料以及輻射屏蔽材料，占據(jù)較大的質(zhì)量和體積配額。為追求高轉(zhuǎn)換效率，前人對(duì)朗肯、布雷頓以及斯特林等動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)行了大量研究[11-12]，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)20%以上。然而由于存在運(yùn)動(dòng)部件，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換技術(shù)要實(shí)現(xiàn)高可靠性和長(zhǎng)壽命存在較大的難度，對(duì)在軌航天器的姿態(tài)控制存在潛在影響[5]，更適于星表任務(wù)[8]。事實(shí)上，作為一種兼具靜態(tài)和高轉(zhuǎn)換效率特征的轉(zhuǎn)換技術(shù)，堿金屬熱電轉(zhuǎn)換(AMTEC)在核動(dòng)力航天器中有著巨大的應(yīng)用潛力。NASA曾提出基于AMTEC的放射性同位素電源[14]和空間核反應(yīng)堆電源[15]設(shè)計(jì)。

自20世紀(jì)60年代以來，AMTEC技術(shù)在國(guó)內(nèi)外受到廣泛關(guān)注，至今仍在持續(xù)研究[16-18]。本文基于文獻(xiàn)調(diào)研，介紹了AMTEC的基本原理、國(guó)內(nèi)外研究情況及最新進(jìn)展，討論了制約其實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用的性能衰減問題及解決思路。針對(duì)空間核反應(yīng)堆電源應(yīng)用場(chǎng)景，就AMTEC的性能指標(biāo)現(xiàn)狀及預(yù)期水平進(jìn)行了分析和總結(jié)，提出了我國(guó)AMTEC技術(shù)的后續(xù)發(fā)展建議。

1 工作原理

AMTEC的核心工作原理基于β"氧化鋁固體電解質(zhì)(Beta" Alumina Solid Electrolyte，BASE)獨(dú)特的選擇透過性[19]，表現(xiàn)為BASE對(duì)堿金屬離子遠(yuǎn)高于對(duì)堿金屬原子和電子的透過率[16,20]。AMTEC的工作原理在文獻(xiàn)[19]中有詳細(xì)介紹。如圖1所示，AMTEC是一個(gè)密閉容器，被毫米級(jí)厚度的BASE和電磁泵(或毛細(xì)吸液芯)分隔成壓力不同的兩部分[21]。BASE的高溫高壓側(cè)為陽極，充有適量的鈉等堿金屬作為工質(zhì)，溫度保持在900～1200 K。低壓側(cè)為與冷凝器相鄰的陰極，冷凝器的溫度在400～800 K。BASE的兩端覆蓋著導(dǎo)電性能優(yōu)良的多孔薄膜電極，外電路通過引線連接電極上的集流柵。系統(tǒng)電化學(xué)總反應(yīng)式[19]為

Na(T2,p2,anode)+e(T2,cathode)

Na(T2,p1,cathode)+e(T2,anode)

(1)

式中：Na和e分別表示鈉原子和電子；T2為高壓側(cè)溫度；p2為高壓側(cè)工質(zhì)壓力，p1為低壓側(cè)工質(zhì)壓力；anode表示陽極，cathode表示陰極。外電路接通時(shí)，電子通過外電路流通，堿金屬離子通過BASE流通。正是通過堿金屬離子在BASE中從陽極側(cè)向陰極側(cè)的遷移過程實(shí)現(xiàn)熱能到電能的轉(zhuǎn)換。冷凝后的液態(tài)鈉通過電磁泵或毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)回到高溫端得以循環(huán)使用。

圖1 Na-AMTEC工作原理示意Fig.1 Operational principle of Na-AMTEC

理論上，鋰、鈉、鉀等堿金屬等均可以用作AMTEC的工質(zhì)[22-23]。但鋰因?yàn)檫\(yùn)行溫度高(固定溫度下飽和蒸汽壓較低)須配套難熔金屬、受輻照產(chǎn)生氦和氚、Li-BASE工藝不成熟等因素而不宜使用[24]。相比而言，鈉和鉀則更實(shí)用且各有優(yōu)點(diǎn)[23]。鈉鉀合金兼具鈉和鉀的一些共同優(yōu)點(diǎn)且具有低熔點(diǎn)(易啟動(dòng))，但NaK-BASE的制備工藝還很不成熟[19]。綜合考慮物理、工藝和技術(shù)成熟度因素，鈉是首選工質(zhì)[24]，為大部分AMTEC器件所用。

2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

2.1 主要研究機(jī)構(gòu)及進(jìn)展

基于BASE獨(dú)特的選擇透過性，美國(guó)福特公司的Kummer于1962年提出了高溫鈉濃度差電池設(shè)想[16]。之后Kummer和Weber通過實(shí)驗(yàn)，證明了該項(xiàng)技術(shù)的可行性，并于1969年申請(qǐng)了專利[25]，將之稱為“鈉熱機(jī)”(Sodium Heat Engine)，此即為AMTEC的雛形。

在20世紀(jì)90年代之前，主要研究以鈉為工質(zhì)的液態(tài)陽極單管AMTEC，液態(tài)鈉既作工質(zhì)，又充當(dāng)電極。此類AMTEC具有電極接觸電阻小，制造工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)[26]。然而采用液態(tài)陽極時(shí)，單管器件輸出電壓較低、功率較小，而多管串聯(lián)絕緣難度大。在90年代，以美國(guó)先進(jìn)模塊電源公司(Advanced Modular Power Systems)為代表，提出氣態(tài)陽極多管AMTEC設(shè)計(jì)[27]，雖然制造工藝較復(fù)雜，但BASE管間的絕緣比較容易實(shí)現(xiàn)，可獲得較高電壓。為進(jìn)一步提高電壓等指標(biāo)，2000年左右以美國(guó)新墨西哥大學(xué)為代表，提出了氣饋-液態(tài)陽極AMTEC設(shè)計(jì)[24,28]。2010年之后，國(guó)際上關(guān)于AMTEC的研究熱度有所降低，但至今仍有機(jī)構(gòu)持續(xù)關(guān)注并開展研究，如德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院(Karlsruhe Institute of Technology)，美國(guó)得克薩斯理工大學(xué)(Texas Technical University)以及韓國(guó)忠北國(guó)立大學(xué)(Chungbuk National University)等。

我國(guó)對(duì)AMTEC的研究起步較晚，參與的研究機(jī)構(gòu)相對(duì)較少。中國(guó)科學(xué)院電工研究所與上海硅酸鹽研究所合作，于1994年率先在國(guó)內(nèi)開展Na-AMTEC技術(shù)應(yīng)用研究，搭建了薄膜電極、器件封接用的工藝裝備，開展了多管器件的設(shè)計(jì)和工藝研究，取得了顯著進(jìn)展。此后，哈爾濱工程大學(xué)、重慶大學(xué)、華北電力大學(xué)、西北核技術(shù)研究所等機(jī)構(gòu)相繼開展了一些基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。國(guó)內(nèi)外主要研究機(jī)構(gòu)及主要研究進(jìn)展和成果見表1。

表1 各AMTEC主要研究機(jī)構(gòu)及進(jìn)展

續(xù) 表

2.2 航天器中的應(yīng)用

作為一種外熱式發(fā)電技術(shù)，AMTEC可與多種形式的熱源配合使用，在各類航天器中都具備應(yīng)用潛力。美國(guó)羅克韋爾(Rockwell)公司完成了電功率1200 W、基于太陽能加熱AMTEC[72]的全球定位衛(wèi)星初步設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)AMTEC與光伏電池板質(zhì)量相當(dāng)，但展開面積大為減少，在中低軌道任務(wù)中可作電池板的備選技術(shù)。事實(shí)上，對(duì)AMTEC在航天器中的應(yīng)用研究主要針對(duì)深空探測(cè)的放射性同位素電源(RTG)[14]，其中最具代表性的是NASA的“冥王星快車”(Pluto Express)項(xiàng)目[73]。基于放射性通用熱源(GPHS)，該項(xiàng)目完成了電功率10 W～1 kW、效率14%～25%、質(zhì)量10～60 kg的AMTEC-RTG方案設(shè)計(jì)、組件研制及地面試驗(yàn)[74-75]。結(jié)果表明：AMTEC-RTG相比傳統(tǒng)溫差電池RTG效率更高、質(zhì)量更小，對(duì)昂貴的钚-238同位素消耗量大為降低[75]。作為一種高效率、模塊化的發(fā)電技術(shù)，AMTEC同樣適用于配合裂變反應(yīng)堆構(gòu)造大功率空間堆電源系統(tǒng)。美國(guó)新墨西哥大學(xué)提出的SAIRS[53]空間堆電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將鈉熱管冷卻堆芯和AMTEC模塊相結(jié)合，具備全系統(tǒng)非能動(dòng)、防單點(diǎn)失效的優(yōu)良特性，輸出電功率為111 kW，熱電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)22.7%～27.3%。

2.3 性能衰減問題

經(jīng)過多年的發(fā)展，AMTEC技術(shù)已從早期以原理演示驗(yàn)證為目標(biāo)的單BASE管液態(tài)陽極技術(shù)發(fā)展為更接近實(shí)用的多BASE管氣態(tài)陽極技術(shù)。相關(guān)理論、BASE材料的性能、多孔電極的制作工藝、集流柵的制作、吸液芯的設(shè)計(jì)和制造、BASE管與金屬法蘭的封接等方面取得了巨大進(jìn)展，器件研制日趨成熟。然而近年來，國(guó)際上AMTEC研究熱度卻逐步降低，其主要技術(shù)原因在于各類型器件普遍存在的性能衰減問題始終沒有得到好的解決。例如PX-3A器件[47]在運(yùn)行18 000 h后，最大電功率從2.45 W降至1.27 W，跌幅近50%。如此顯著的缺陷，使得AMTEC難以滿足長(zhǎng)壽命應(yīng)用需求，尤其是不易做壽命期內(nèi)維護(hù)的空間任務(wù)。

2000年前后，學(xué)者們就AMTEC的性能衰減問題做了不少定性和定量研究，Wu[67]對(duì)相關(guān)工作做了非常詳盡的梳理。已有結(jié)果表明：AMTEC的性能衰減問題主要源于BASE和電極材料的性能衰退。主要作用因素可歸納為兩類：一是堿金屬與結(jié)構(gòu)材料反應(yīng)生成的雜質(zhì)與BASE和電極材料發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)；二是BASE和電極材料自身在熱環(huán)境下發(fā)生物理和化學(xué)變化。兩類因素又同時(shí)受運(yùn)行參數(shù)尤其是溫度影響，運(yùn)行參數(shù)越高則性能衰減越厲害。鑒于上述原因，建議從以下幾方面來改善性能衰減問題[67]：①選擇鈮、鉬、鉭等難熔合金而非鋼、鎳基合金作結(jié)構(gòu)材料，以盡量減少鎳、鉻、鎂等雜質(zhì)元素；②選擇離子電導(dǎo)率適中的BASE，并在其中添加Li2O等穩(wěn)定劑；③選用晶粒增長(zhǎng)較為緩慢的難熔合金電極；④降低溫度等運(yùn)行參數(shù)。

回溯發(fā)展歷程，傳統(tǒng)AMTEC技術(shù)面臨的問題從根本上源自其工作原理兩個(gè)重要特征：①堿金屬在BASE中輸運(yùn)的驅(qū)動(dòng)力是兩側(cè)足夠大的壓差，這就要求器件運(yùn)行溫度足夠高；②無論何種構(gòu)型，BASE的陰極側(cè)(低壓側(cè))總是氣態(tài)鈉，故必須使用多孔電極以增大接觸面積。除前述傳統(tǒng)解決思路，可回歸原理本源去尋求解決方案，以期降低運(yùn)行溫度，避免使用多孔電極。事實(shí)上，近幾年基于液態(tài)電極的新型Na-BASE儲(chǔ)能電池[76]的研究，為解決AMTEC的性能衰減問題提供了很好的思路。此類電池中BASE兩側(cè)均為液態(tài)工質(zhì)，工質(zhì)本身即為電極，不存在晶粒長(zhǎng)大問題。此外，其背后的電化學(xué)反應(yīng)基于兩種金屬(A+B?AB)而非一種金屬的電化學(xué)反應(yīng)，其驅(qū)動(dòng)力是BASE兩側(cè)工質(zhì)的活度之差而非壓差。如此一來，便有望在較低的運(yùn)行溫度下實(shí)現(xiàn)高的性能指標(biāo)。應(yīng)當(dāng)注意上述液態(tài)電極電池的功能是儲(chǔ)能(充電)和放能(放電)，而AMTEC的功能在于將熱能轉(zhuǎn)換為電能。那么問題的關(guān)鍵就在于如何用加熱而非充電的方式將AB化合物分解還原為A和B。事實(shí)上，德國(guó)德累斯頓理工大學(xué)近期就提出了這樣一種新型AMTEC器件的設(shè)計(jì)思路(見圖2[62])，并于2017年啟動(dòng)一項(xiàng)為期3年的研制項(xiàng)目[62]。該新型AMTEC基于Na和某種金屬元素Me(具體種類未知)，BASE兩側(cè)均為液態(tài)金屬而無其他電極，NaMe→Na+Me的還原過程通過外部供熱實(shí)現(xiàn)。此類AMTEC器件極具吸引力，有待研究的關(guān)鍵問題包括：優(yōu)選Na的最佳搭配元素Me；驗(yàn)證器件是否有可能在較低的運(yùn)行溫度下兼具高性能和長(zhǎng)壽命。應(yīng)當(dāng)注意，由于使用液態(tài)電極，有可能面臨與早期液態(tài)陽極AMTEC同樣的問題，即因?yàn)榻^緣問題而無法在單個(gè)器件中實(shí)現(xiàn)多BASE管串聯(lián)以提高電壓等運(yùn)行參數(shù)。但如果未來研究證明此類新型AMTEC的單器件性能足夠高，通過模塊化器件間的電路組合同樣有可能滿足高運(yùn)行指標(biāo)的發(fā)電需求。

圖2 基于雙液態(tài)電極的新型AMTEC器件概念設(shè)計(jì)Fig.2 Novel AMTEC device based on double liquid electrodes

3 空間核反應(yīng)堆電源概念設(shè)計(jì)

3.1 技術(shù)路線優(yōu)選

基于國(guó)內(nèi)外航天任務(wù)及空間核動(dòng)力的發(fā)展態(tài)勢(shì)調(diào)研，亟待開展大功率空間核反應(yīng)堆電源研究。以100 kW電功率為設(shè)計(jì)指標(biāo)，兼顧長(zhǎng)壽命、高可靠性及高轉(zhuǎn)換效率，提出如圖3所示的全系統(tǒng)非能動(dòng)、可防單點(diǎn)失效的空間核反應(yīng)堆電源概念設(shè)計(jì)。采用緊湊的高溫UO2快中子反應(yīng)堆將裂變能轉(zhuǎn)換為熱能，并通過多根鋰熱管傳輸至熱輻射換熱器，按夾心結(jié)構(gòu)布置的AMTEC模塊吸熱發(fā)電，最終通過鉀熱管輻射散熱板將余熱排散至宇宙空間中。屏蔽體采用LiH/B4C(用于屏蔽中子)和W(用于屏蔽伽馬)影錐型復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可將后方陰影區(qū)域的輻射劑量降至典型允值。相較SAIRS[53]空間堆設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)采用比鈉熱管更為高效的鋰熱管實(shí)現(xiàn)堆芯裂變熱傳輸，有助于減小反應(yīng)堆和屏蔽體體積及質(zhì)量；對(duì)比SAIRS所用的導(dǎo)熱接口，AMTEC熱端采用C-C輻射換熱接口可大為降低裝配難度，易于作夾心結(jié)構(gòu)布局從而使系統(tǒng)更為緊湊。

圖3 大功率AMTEC熱管冷卻型空間堆電源概念示意Fig.3 A conceptual sketch of a large-power heat-pipe-cooled space reactor power system based on AMTEC

擬優(yōu)選使用基于圖4所示“弧頂BASE扁管”[24]的多管串聯(lián)氣饋-液態(tài)陽極Na-AMTEC技術(shù)。此類AMTEC器件的設(shè)計(jì)方法已非常成熟，一旦明確具體的技術(shù)需求即可開展詳細(xì)設(shè)計(jì)。在空間核反應(yīng)堆電源系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)階段，考慮到應(yīng)用需求和工作場(chǎng)景的相似性，可依據(jù)表2設(shè)計(jì)結(jié)果預(yù)估AMTEC指標(biāo)參數(shù)。

圖4 用于大功率AMTEC的“弧頂BASE扁管”Fig.4 A narrow dome-shaped BASE for high-power AMTEC

溫度范圍/K轉(zhuǎn)換效率/%單位功率質(zhì)量/(kg/kW)單位功率面積/(m2/kW)備注熱端:1000～1200冷端:600～7002510.00.080設(shè)計(jì)參考值熱端:1092～1169冷端:70025.2～30.29.60.049～0.053文獻(xiàn)[53]熱端:1006～1127冷端:596～62622.6～29.79.60.074～0.120文獻(xiàn)[24]

3.2 系統(tǒng)性能預(yù)估

基于熱管型空間堆電源系統(tǒng)的熱控分析方法[77]，構(gòu)建核心能量傳輸和轉(zhuǎn)換過程的基本關(guān)系，結(jié)合反應(yīng)堆(含熱管)、屏蔽體、AMTEC及輻射散熱板的物理分析和質(zhì)量估算模型開展系統(tǒng)指標(biāo)的設(shè)計(jì)。堆芯出口溫度取一較高值(1500 K)以提升系統(tǒng)整體性能，充分發(fā)掘鋰熱管的傳熱能力(溫度越高則傳熱極限越高)。依據(jù)物理分析，鋰熱管的溫降、反應(yīng)堆與熱管熱端溫差以及熱管冷端與輻射傳熱接口溫差之和預(yù)估為100 K，輻射散熱板工作溫度取1400 K。為追求高轉(zhuǎn)換效率，AMTEC的熱端溫度應(yīng)盡量高，冷端溫度應(yīng)盡量低。但由于受鈉工質(zhì)蒸氣壓和結(jié)構(gòu)材料長(zhǎng)期使用溫度限制，熱端溫度不能太高，取1100 K為宜。冷端溫度不宜低于700 K，否則輻射散熱板中的鉀熱管將因?yàn)閭鳠崮芰μ醵鵁o法滿足要求?？紤]AMTEC與輻射散熱板的界面熱阻，輻射散熱板溫度取650 K。依據(jù)表2，AMTEC的轉(zhuǎn)換效率典型值可取25%。為產(chǎn)生100 kW電功率，AMTEC熱端輸入功率為400 kW。此外參考SAIRS設(shè)計(jì)[53]，將反應(yīng)堆到AMTEC的傳熱損失定為10%，故反應(yīng)堆的總熱功率為440 kW，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率預(yù)估為22.7%。系統(tǒng)的額定運(yùn)行參數(shù)見圖5。

圖5 AMTEC熱管堆電源系統(tǒng)額定工況示意Fig.5 Standard operating conditions of the heat-pipe-cooled space reactor power system based on AMTEC

基于反應(yīng)堆物理(MCNP軟件)和熱工(ANSYS軟件)設(shè)計(jì)，440 kW熱功率反應(yīng)堆(含鋰熱管)的質(zhì)量約700 kg，包絡(luò)尺寸約Φ500 mm×500 mm。屏蔽計(jì)算(MCNP軟件)結(jié)果表明：錐臺(tái)形屏蔽體的質(zhì)量預(yù)估為1000 kg，屏蔽體最小直徑約500 mm，最大直徑約1000 mm，厚度約1500 mm，半錐角為10°。依據(jù)表2，100 kW電功率所需AMTEC組件的質(zhì)量和面積分別為1000 kg和8 m2。考慮夾芯板布局設(shè)計(jì)，AMTEC、輻射換熱接口近似為尺寸Φ1500 mm×1000 mm的柱面。輻射換熱接口采用薄C-C板設(shè)計(jì)，其質(zhì)量相對(duì)其他分系統(tǒng)可忽略。散熱板的排熱功率為300 kW，工作溫度和發(fā)射率分別取650 K和0.9，預(yù)估散熱板面積(單面輻射)為33 m2，近似為尺寸Φ2000 mm×5000 mm的柱面，總質(zhì)量約600 kg。此外，將運(yùn)行控制系統(tǒng)和支撐連接等其他物項(xiàng)的總質(zhì)量預(yù)估為500 kg。綜上，系統(tǒng)的總質(zhì)量預(yù)估為3800 kg，即不超過4 t(單位質(zhì)量比功率不低于25 W/kg)?；谏鲜龇磻?yīng)堆、屏蔽體、AMTEC及散熱板預(yù)估尺寸，考慮一定裝配裕量以及AMTEC冷端與散熱板的部分重疊，全系統(tǒng)的包絡(luò)尺寸預(yù)估為Φ3000 mm× 8000 mm。

4 結(jié)束語

作為一種兼具高轉(zhuǎn)換效率和靜態(tài)特征的熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)，AMTEC在核動(dòng)力航天器中擁有廣闊的應(yīng)用前景。經(jīng)過多年發(fā)展，國(guó)外AMTEC技術(shù)取得了一系列重要成果，已從早期原理演示驗(yàn)證轉(zhuǎn)為針對(duì)不同使用場(chǎng)景和目標(biāo)的實(shí)用化研究。而國(guó)內(nèi)已開展工作側(cè)重原理研究，有待加大研究力度開展工程化攻關(guān)，建議如下：

(1)多管氣饋-液態(tài)陽極Na-AMTEC技術(shù)是傳統(tǒng)AMTEC構(gòu)型中最先進(jìn)的設(shè)計(jì)，性能指標(biāo)優(yōu)異，我國(guó)應(yīng)力爭(zhēng)對(duì)BASE/多孔電極/集流柵制作、BASE管與金屬法蘭封接、多管器件集成試驗(yàn)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行突破。

(2)性能衰減問題是制約AMTEC工程化應(yīng)用的主要因素，發(fā)展基于液態(tài)金屬電極的新型AMTEC器件有望從根本上解決該問題，可充分借鑒國(guó)內(nèi)外近年在先進(jìn)儲(chǔ)能電池、陶瓷和熱電器件方面積累的最新研究成果。

(3)面對(duì)長(zhǎng)達(dá)數(shù)年乃至數(shù)十年的潛在壽命要求，在有限研制周期內(nèi)開展與設(shè)計(jì)壽命時(shí)長(zhǎng)相同的考核試驗(yàn)既不經(jīng)濟(jì)也不現(xiàn)實(shí)，故有待建立AMTEC器件的加速試驗(yàn)理論和平臺(tái)，而這也正是國(guó)際上AMTEC研究領(lǐng)域尚待填補(bǔ)的空白。