Thành công chế tạo pin kim cương có tuổi thọ hàng nghìn năm

Các nhà khoa học tại Đại học Bristol và Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Anh (UKAEA) vừa phát triển loại pin kim cương carbon-14 đầu tiên trên thế giới.

Pin kim cương carbon-14 tận dụng sự phân rã phóng xạ của đồng vị carbon-14, vốn thường được sử dụng để xác định niên đại cổ vật, để sản xuất điện.

Pin kim cương được tạo ra từ đồng vị phóng xạ carbon-14. Ảnh UKAEA

Được bao bọc trong kim cương – một trong những vật liệu cứng nhất – pin này có khả năng thu giữ phóng xạ an toàn để chuyển hóa thành điện năng.

Khác với pin quang điện, vốn dựa trên việc biến đổi ánh sáng thành điện, loại pin này sử dụng các electron từ quá trình phân rã phóng xạ. Với chu kỳ bán rã của carbon-14 là 5.700 năm, pin vẫn duy trì được một nửa lượng điện năng ngay cả sau hàng thiên niên kỷ.

Ứng dụng và tiềm năng

Sarah Clark, Giám đốc Chu kỳ Nhiên liệu Tritium tại UKAEA, nhấn mạnh độ an toàn và bền vững của công nghệ này: “Pin kim cương cung cấp nguồn điện liên tục ở mức microwatt với độ an toàn cao nhờ lớp bao bọc bằng kim cương nhân tạo”.

Loại pin này được đánh giá có tính linh hoạt cao, phù hợp cho nhiều thiết bị và môi trường, đặc biệt là các trường hợp mà nguồn điện thông thường không khả thi.

Trong lĩnh vực y tế, pin kim cương có thể được sử dụng cho các thiết bị cấy ghép như máy trợ thính, máy điều hòa nhịp tim hay thiết bị hỗ trợ mắt, giúp giảm thiểu rủi ro và chi phí phẫu thuật do không cần thay pin thường xuyên.

Ngoài ra, pin kim cương là lựa chọn lý tưởng cho các nhiệm vụ không gian và những khu vực xa xôi trên Trái Đất. Chúng có thể cung cấp năng lượng cho tàu vũ trụ, vệ tinh, và thậm chí cả các thiết bị theo dõi tần số vô tuyến, kéo dài tuổi thọ hoạt động đồng thời giảm chi phí vận hành.

Tận dụng chất thải phóng xạ

Carbon-14 trong pin được chiết xuất từ khối than chì, một phụ phẩm của lò phản ứng hạt nhân. Bằng cách tận dụng nguồn nguyên liệu này, công nghệ pin kim cương không chỉ giảm lượng chất thải phóng xạ mà còn mang lại nguồn năng lượng có giá trị. Anh hiện sở hữu gần 95.000 tấn khối than chì từ các lò phản ứng.

Lượng than chì thải từ các lò phản ứng hạt nhân có thể được tận dụng để sản xuất loại pin siêu việc. Ảnh: UKAEA

Quá trình sản xuất pin sử dụng giàn kết bám plasma, thiết bị do Đại học Bristol và UKAEA phát triển, nhằm tạo ra cấu trúc kim cương. Phương pháp này không chỉ giúp tái chế chất thải phóng xạ hiệu quả mà còn giảm chi phí và những thách thức trong việc lưu trữ an toàn.

Với những ưu điểm vượt trội về tuổi thọ và tính ứng dụng, pin kim cương carbon-14 hứa hẹn là giải pháp năng lượng đột phá, mang đến tiềm năng to lớn trong việc cải thiện các lĩnh vực từ y tế, không gian cho đến quản lý chất thải phóng xạ.

Tuệ Minh (theo UKAEA)