Đã chế tạo được loại pin 'vĩnh cửu', hoạt động hàng nghìn năm không cần sạc

Carbon-14, một đồng vị phóng xạ nổi tiếng với ứng dụng xác định niên đại cổ vật, giờ đây được sử dụng để tạo ra năng lượng. Pin hoạt động bằng cách khai thác quá trình phân rã phóng xạ tự nhiên của carbon-14, vốn có chu kỳ bán rã 5.700 năm.

Điểm đặc biệt nằm ở việc carbon-14 được bọc trong một lớp kim cương - vật liệu cứng nhất được biết đến. Lớp kim cương này không chỉ bảo vệ an toàn mà còn hoạt động như một chất bán dẫn, thu nhận các electron chuyển động nhanh từ quá trình phân rã và chuyển đổi chúng thành điện năng. Có thể hình dung pin này như một tấm pin mặt trời thu nhỏ, nhưng thay vì ánh sáng, nó hấp thụ năng lượng từ phóng xạ.

Kết quả là một nguồn năng lượng với tuổi thọ vượt xa trí tưởng tượng. Sau 5.700 năm, pin vẫn giữ được một nửa công suất ban đầu. Bà Sarah Clark, Giám đốc Chu trình Nhiên liệu Tritium tại UKAEA, cho biết: “Pin kim cương cung cấp một cách an toàn và bền vững để tạo ra năng lượng liên tục ở mức microwatt”.

Một trong những ưu điểm nổi bật của pin carbon-14 là khả năng tận dụng chất thải hạt nhân. Carbon-14 được chiết xuất từ các khối graphite – sản phẩm phụ của lò phản ứng hạt nhân, vốn thường được coi là rác thải phóng xạ.

Vương quốc Anh hiện lưu trữ khoảng 95.000 tấn graphite bị chiếu xạ, và việc chiết xuất carbon-14 không chỉ giảm độ phóng xạ của chất thải mà còn tạo ra một nguồn năng lượng giá trị.

Lớp vỏ kim cương đảm bảo rằng bức xạ ngắn phạm vi của carbon-14 được hấp thụ hoàn toàn, không gây rò rỉ ra môi trường. Khi hết vòng đời (hàng nghìn năm sau), pin có thể được tái chế an toàn bởi nhà sản xuất, giảm thiểu tác động đến môi trường.

Dù chỉ tạo ra năng lượng ở mức microwatt, pin carbon-14 có tiềm năng lớn trong các lĩnh vực mà việc thay thế pin truyền thống là bất khả thi. Trong y tế, pin này có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị cấy ghép như máy điều hòa nhịp tim, trợ thính hoặc thiết bị mắt, giúp kéo dài thời gian sử dụng mà không cần phẫu thuật thay pin. Điều này giảm thiểu rủi ro và khó khăn cho bệnh nhân.

Trong lĩnh vực vũ trụ, nơi năng lượng mặt trời không khả dụng ở không gian sâu hoặc khu vực thiếu ánh sáng, pin carbon-14 có thể cung cấp năng lượng lâu dài cho tàu vũ trụ, vệ tinh hoặc thẻ tần số vô tuyến (RF tags) dùng để theo dõi thiết bị. Điều này giúp giảm chi phí và kéo dài thời gian hoạt động của công nghệ vũ trụ.

Giáo sư Tom Scott từ Đại học Bristol chia sẻ: “Chúng tôi rất hào hứng để khám phá các ứng dụng này cùng các đối tác trong ngành công nghiệp và nghiên cứu. Công nghệ này mở ra những giải pháp sáng tạo cho năng lượng và phát triển bền vững”.

(theo glassalmanac, UKAEA)