Pin hạt nhân có thể sử dụng trọn đời mà không cần phải sạc lại

Các nhà khoa học Hàn Quốc đã phát triển thành công một loại pin hạt nhân có khả năng chuyển đổi bức xạ thành điện năng trong nhiều thập kỷ mà không gây ra các lo ngại về an toàn liên quan đến bức xạ hạt nhân. Loại pin này, được gọi là pin betavoltaic, sử dụng các hạt beta (electron năng lượng cao) để tạo ra điện.

Pin hạt nhân này có điểm đặc biệt là sử dụng carbon-14, một đồng vị phóng xạ phát ra các hạt beta. Khi các hạt beta này va chạm với chất bán dẫn titanium dioxide được phủ thuốc nhuộm gốc ruthenium, chúng sẽ tách electron ra khỏi thuốc nhuộm, từ đó tạo ra dòng điện. Với chu kỳ bán rã khoảng 5.730 năm, pin về mặt lý thuyết vẫn có thể sản xuất 50% công suất ban đầu sau gần 6 thiên niên kỷ. Tuy nhiên, trong thực tế, sản lượng điện có thể giảm nhanh hơn do sự phân hủy của vật liệu.

Pin nguyên mẫu hiện tại có mật độ công suất là 20,75 nanowatt trên mỗi centimet vuông với hiệu suất 2,86%. Kích thước của nó gần tương đương một viên aspirin và chỉ cung cấp khoảng 0,4% công suất cần thiết để vận hành một máy tính bỏ túi cơ bản. Để cung cấp đủ năng lượng cho một máy tính bỏ túi, người dùng sẽ cần khoảng 240 pin hạt nhân nhỏ này. Tuy nhiên, pin vẫn có khả năng cung cấp năng lượng cho các thiết bị y tế như máy tạo nhịp tim hoặc cảm biến môi trường từ xa, cũng như cho thẻ RFID và vi mạch.

Pin hạt nhân nhỏ hơn đồng xu, dùng trong 50 năm không sạc.

Mặc dù bức xạ hạt nhân thường gây ra những lo ngại về an toàn, các nhà nghiên cứu khẳng định rằng thiết kế pin hạt nhân này rất an toàn. Các hạt beta phát ra từ carbon-14 đã tồn tại trong nhiều vật thể, bao gồm cả cơ thể con người. Việc che chắn cho pin chỉ cần một lớp giấy bạc mỏng. Với cấu trúc rắn và không chứa vật liệu dễ cháy, pin hạt nhân này có thể an toàn hơn so với pin lithium-ion, vốn dễ gặp sự cố như rò rỉ hoặc nổ.

Đây không phải là lần đầu tiên pin hạt nhân được phát triển. Pin đồng vị phóng xạ đầu tiên được Ủy ban năng lượng nguyên tử Mỹ phát triển vào năm 1954, sử dụng stronti-90 làm nguồn phóng xạ. Vào những năm 1960, máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ (RTG) đã được sử dụng trong các sứ mệnh không gian, chuyển đổi năng lượng từ các đồng vị phát ra alpha như plutonium-238.

Gần đây, công ty Betavolt đã giới thiệu pin hạt nhân kim cương 3 volt sử dụng niken-63, có thể cung cấp năng lượng cho thiết bị trong 50 năm. Arkenlight cũng đang phát triển công nghệ pin nguyên tử từ kim cương carbon-14. Những đột phá này đang mở ra cơ hội cho các ứng dụng thực tế hàng ngày mà không cần đến lò phản ứng.