Láng giềng Việt Nam chế tạo pin hạt nhân hoạt động hơn 5.000 năm không cần sạc, tiến thêm một bước tới nguồn điện 'bất tử'
Thiết bị được cho là có công suất cao hơn đáng kể so với phiên bản trước, đồng thời mở ra triển vọng ứng dụng trong lĩnh vực vũ trụ, công nghiệp và các thiết bị hoạt động trong môi trường khắc nghiệt.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Sư phạm Tây Bắc phối hợp với công ty Gansu Zhulong Technology đã phát triển một thế hệ pin hạt nhân mới sử dụng đồng vị carbon-14 kết hợp với bộ chuyển đổi silicon carbide (SiC). Không chỉ có hiệu suất vượt trội so với phiên bản trước, mẫu pin này còn được phát triển hoàn toàn bằng công nghệ trong nước.
Pin hạt nhân, còn gọi là pin đồng vị phóng xạ hoặc pin nguyên tử, tạo ra điện năng từ quá trình phân rã của vật liệu phóng xạ chứa bên trong. Nhờ chu kỳ bán rã của các đồng vị phóng xạ có thể kéo dài hàng chục, thậm chí hàng nghìn năm, loại pin này có tuổi thọ vượt xa các loại pin hóa học thông thường.
Đặc tính đó khiến pin hạt nhân đặc biệt phù hợp để sử dụng trên tàu vũ trụ, các cảm biến môi trường đặt tại khu vực hẻo lánh hoặc thiết bị cấy ghép y tế khi sử dụng vật liệu phóng xạ thích hợp. Trung Quốc từng trang bị loại pin này cho các xe tự hành trong các sứ mệnh Mặt Trăng Chang’e-3 và Chang’e-4.
Hiệu suất vượt trội so với thế hệ trước
Năm 2024, nhóm nghiên cứu của Đại học Sư phạm Tây Bắc từng giới thiệu mẫu pin hạt nhân carbon-14 đầu tiên mang tên Candle Dragon-I (Zhulong-1).
Phiên bản mới nhất có tên Qianjiyuan Tianshu được cải tiến đáng kể khi chỉ sử dụng lượng vật liệu phóng xạ bằng 22% so với trước, nhưng công suất đầu ra lại tăng lên gấp 2,6 lần mà vẫn duy trì điện áp và độ ổn định.
"Những phiên bản trước gặp hạn chế về công suất thấp, khả năng tích hợp kém và chi phí cao. Vì vậy, nhóm nghiên cứu tập trung phát triển một thiết bị nhỏ gọn, mạnh mẽ, giá thành hợp lý và được sản xuất hoàn toàn bằng công nghệ trong nước", ông Su Maogen, trưởng dự án tại Đại học Sư phạm Tây Bắc, cho biết.
Theo nhóm nghiên cứu, Qianjiyuan Tianshu được nâng cấp ở 5 hạng mục quan trọng so với Zhulong-1. Trong đó, nguồn phóng xạ được tối ưu hơn, thiết kế xếp chồng 3 chiều giúp tiết kiệm không gian và tăng khả năng tích hợp.
Ngoài ra, pin còn được trang bị hệ thống quản lý năng lượng siêu nhỏ cùng các cảm biến tích hợp, cho phép thiết bị tự cấp nguồn trong quá trình hoạt động.
Có thể hoạt động trong hàng nghìn năm
Qianjiyuan Tianshu khai thác trực tiếp các electron, hay hạt beta, phát sinh từ quá trình phân rã của carbon-14 và dẫn chúng vào chất bán dẫn silicon carbide để tạo ra dòng điện.
Theo nhóm nghiên cứu, nguyên lý hoạt động của thiết bị tương tự một tấm pin mặt trời, nhưng thay vì chuyển đổi ánh sáng thành điện năng, nó chuyển đổi bức xạ phóng xạ trực tiếp thành dòng điện.
Dù chỉ giảm khoảng 17% thể tích so với thế hệ trước, mẫu pin mới đã nâng mật độ công suất theo thể tích lên khoảng 15 lần.
Đáng chú ý, do carbon-14 có chu kỳ bán rã khoảng 5.730 năm, tuổi thọ lý thuyết của loại pin hạt nhân này cũng có thể kéo dài tới hàng nghìn năm.
