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

Các nhà khoa học đến từ Đại học Bristol và Cơ quan năng lượng nguyên tử Anh (UKAEA) phát triển thành công pin kim cương carbon-14 đầu tiên trên thế giới. Nguồn năng lượng cách mạng hóa này có khả năng cung cấp điện cho thiết bị trong hàng nghìn năm, mang đến giải pháp bền vững và hiệu quả cho một loạt ứng dụng đa dạng, Interesting Engineering hôm 5/12 đưa tin.

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.

Sarah Clark, giám đốc Chu kỳ nhiên liệu tritium ở UKAEA, nhấn mạnh độ bền vững và an toàn của phát minh. "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", Clark cho biết.

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.

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. Anh sở hữu gần 95.000 tấn khối than chì. Quá trình sản xuất bao gồm 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.