Pin kim cương nhân tạo 'siêu trâu' dùng 100 năm mới hết

Những viên pin sử dụng kim cương nhân tạo có thể tạo ra điện khi đặt trong môi trường phóng xạ. Nếu có thể kiểm soát và ngăn chặn bức xạ bằng cách gói những viên pin này trong vật liệu nhôm hoặc các tấm kim loại khác, thì chúng có thể được đưa vào sử dụng.

Là vật chất cứng nhất trên thế giới, kim cương được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị công nghiệp và thậm chí có thể chuyển đổi thành chất bán dẫn.

Nhóm nghiên cứu đã sản xuất một diode tiếp giáp P-N, một trong những thiết bị bán dẫn đơn giản nhất, bằng cách gắn một màng kim cương mỏng vào đế kim cương để tạo ra điện.

Pin kim cương hay pin betavoltaic, sẽ tạo ra điện miễn là chúng nằm trong trường phóng xạ, nơi chúng có thể nhận các tia beta từ các đồng vị như carbon-14 và niken-63.

Sở dĩ loại pin này có tuổi thọ cao như vậy vì carbon-14 và niken-63 chỉ phân hủy một nửa tương ứng trong khoảng 5.700 năm và 100 năm.

Pin kim cương do NIMS sản xuất là thành quả của công nghệ cùng bí quyết mà viện nghiên cứu và phát triển quốc gia đã tích lũy từ những năm 1990 trong lĩnh vực này.

Tỷ lệ trao đổi nhiệt của vật liệu được sử dụng là khoảng 28%, cao nhất thế giới và gần với giới hạn lý thuyết, mặc dù ở cấp độ nguyên tố.

Nhóm nghiên cứu tại NIMS đã sử dụng electron, thông qua các thiết bị như kính hiển vi điện tử, thay vì tia beta để sản xuất điện nhưng đã có kế hoạch sử dụng niken-63 kể từ bây giờ.

Tuy nhiên, vấn đề lớn mà các nhà phát triển vẫn chưa giải quyết được là làm sao cho pin hiệu quả hơn bằng cách tăng cường sản lượng điện. Hiện tại, những viên pin này chỉ tạo ra điện năng ở mức micro-watt (một micro-watt bằng một phần triệu watt).

Mặc dù vậy, tiềm năng của những viên pin này là vô cùng lớn. Cơ quan năng lượng nguyên tử Vương quốc Anh và Đại học Bristol cho biết, họ đang nghiên cứu sử dụng carbon-14, đồng vị thường tồn tại rất nhiều trên bề mặt than chì trong quá trình sản xuất điện hạt nhân.

Người ta có thể thu được chúng khi các nhà máy điện hạt nhân bị tháo dỡ. Pin hạt nhân bao gồm loại sử dụng nhiệt từ nguyên tố phóng xạ plutonium, thường được lắp đặt trong các tàu thăm dò không gian.

Mặc dù chúng tạo ra một lượng điện tương đối lớn nhưng việc xử lý plutonium để tránh nguy cơ nhiễm độc rất khó. Ngược lại, pin kim cương có khả năng chịu nhiệt cao, có cấu tạo đơn giản và an toàn hơn.

Thùy Dung