Phát minh thành công viên pin kim cương có tuổi thọ lên tới hàng nghìn năm

Theo nhóm nghiên cứu, nguồn năng lượng này có thể tạo nên sự cách mạng hóa trong lĩnh vực năng lượng, đồng thời mang đến giải pháp bền vững và hiệu quả cho một loạt ứng dụng đa dạng.

Theo các nội dung liên quan được công  bố, pin kim cương carbon-14 tận dụng phân rã phóng xạ của carbon-14, đồng vị phóng xạ sử dụng phổ biến trong xác định niên đại hiện vật, để sản xuất điện. Được bao bọc trong kim cương, một trong những vật liệu cứng nhất hiện nay, mẫu pin mới sẽ thu thập phóng xạ an toàn nhằm tạo ra điện.

Carbon-14 phát ra phóng xạ tầm ngắn, được hấp thụ bởi vỏ bọc kim cương, đảm bảo an toàn trong khi sản xuất lượng điện thấp. Pin này hoạt động tương tự pin quang điện, nhưng thay vì biến đổi ánh sáng thành điện, nó sử dụng electron di chuyển nhanh từ phân rã phóng xạ. Kết quả là một nguồn điện lâu dài và đáng tin cậy với tuổi thọ ấn tượng. Do carbon-14 có chu kỳ bán rã 5.700 năm, pin vẫn giữ được một nửa lượng điện ngay cả sau hàng nghìn năm.

Mẫu vật pin kim cương sử dụng carbon-14. (Ảnh: Đại học Bristol). 

Sarah Clark, giám đốc Chu kỳ nhiên liệu tritium ở UKAEA, chia sẻ: "Pin kim cương đem đến cách an toàn và bền vững để cung cấp điện liên tục ở cấp microwatt. Chúng là công nghệ mới nổi sử dụng kim cương nhân tạo để bao bọc lượng carbon-14 nhỏ".

Carbon-14 sử dụng trong pin được khai thác từ khối than chì, phụ phẩm ở lò phản ứng phân hạch hạt nhân. Thông qua tận dụng vật liệu, công nghệ giúp giảm chất thải phóng xạ đồng thời tạo ra nguồn năng lượng hữu ích.

Để tạo ra nguyên liệu làm nên viên pin kim cương ngàn năm, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một giàn kết bám plasma, thiết bị chuyên dụng do Đại học Bristol và UKAEA cộng tác phát triển để phát triển cấu trúc kim cương. Phương pháp không chỉ cung cấp khả năng sử dụng chất thải phóng xạ mà còn giảm bớt chi phí và thách thức đối với lưu trữ an toàn. 

Một trong những đặc điểm hứa hẹn nhất của pin kim cương carbon-14 là tính linh hoạt. Loại pin này có thể sử dụng trong một loạt môi trường và thiết bị mà nguồn điện thông thường là bất khả thi. Pin kim cương tương thích sinh học có thể cách mạng hóa lĩnh vực y tế thông qua cung cấp điện cho thiết bị cấy ghép như máy điều hòa nhịp tim, máy trợ thính và thiết bị dùng cho mắt. Khác với pin truyền thống cần thay thế thường xuyên, pin kim cương có thể hoạt động hàng thập kỷ, giúp giảm bớt sự khó chịu và nguy cơ phẫu thuật cho bệnh nhân.

Ngoài ra, mẫu pin mới rất lý tưởng cho nhiệm vụ trong không gian và địa điểm xa xôi trên Trái Đất. Chúng có thể cung cấp điện cho tàu vũ trụ, vệ tinh, thậm chí thẻ theo dõi bằng tần số vô tuyến, giảm chi phí và kéo dài tuổi thọ hoạt động.

Quỳnh Trang