Pin betavoltaic sẽ là bước đột phá tiếp theo với việc sử dụng năng lượng từ phân rã phóng xạ để cung cấp một nguồn điện lâu dài, có thể lên tới cả thế kỷ mà không cần sạc lại. Điều đáng ngạc nhiên, là cả thế giới đang đuổi theo kẻ đi đầu Trung Quốc.
Anh em chắc cũng biết rằng với một viên pin, thời lượng sử dụng là yếu tố quan trọng. Và việc tìm kiếm ra được giải pháp để có được một viên pin có khả năng cung cấp năng lượng ổn định trong thời gian dài luôn là một trong những chén thánh của ngành công nghiệp này. Mỹ từng là quốc gia dẫn đầu trong việc đổi mới pin hạt nhân trong suốt 70 năm qua và thậm chí, họ đã phát triển viên pin đầu tiên hoạt động bằng phóng xạ hạt nhân từ những năm 1950.
Tuy nhiên, bước vào thế kỷ 21 lại là một câu chuyện khác khi hiện tại, Trung Quốc đã trở thành quốc gia đi đầu trong lĩnh vực pin hạt nhân, cho phép cung cấp năng lượng cho các hệ thống trong nhiều thập kỷ mà không cần sạc lại.
Về cơ bản, pin betavoltaic có khả năng chuyển đổi bức xạ beta, vốn là các electron hoặc positron năng lượng cao được phát ra trong quá trình phân rã phóng xạ, thành điện năng thông qua vật liệu bán dẫn, tương tự như cách các photon đập vào tấm pin mặt trời các tấm pin mặt trời để chuyển đổi ánh sáng thành năng lượng.
Anh em chắc cũng biết rằng với một viên pin, thời lượng sử dụng là yếu tố quan trọng. Và việc tìm kiếm ra được giải pháp để có được một viên pin có khả năng cung cấp năng lượng ổn định trong thời gian dài luôn là một trong những chén thánh của ngành công nghiệp này. Mỹ từng là quốc gia dẫn đầu trong việc đổi mới pin hạt nhân trong suốt 70 năm qua và thậm chí, họ đã phát triển viên pin đầu tiên hoạt động bằng phóng xạ hạt nhân từ những năm 1950.
Tuy nhiên, bước vào thế kỷ 21 lại là một câu chuyện khác khi hiện tại, Trung Quốc đã trở thành quốc gia đi đầu trong lĩnh vực pin hạt nhân, cho phép cung cấp năng lượng cho các hệ thống trong nhiều thập kỷ mà không cần sạc lại.
Pin Betavoltaic là gì?
Về cơ bản, pin betavoltaic có khả năng chuyển đổi bức xạ beta, vốn là các electron hoặc positron năng lượng cao được phát ra trong quá trình phân rã phóng xạ, thành điện năng thông qua vật liệu bán dẫn, tương tự như cách các photon đập vào tấm pin mặt trời các tấm pin mặt trời để chuyển đổi ánh sáng thành năng lượng.
Pin betavoltaic được kì vọng có vai trò quan trọng trong các sứ mạng không gian
Pin betavoltaic bao gồm hai phần: một bộ phát phóng xạ như Nickel-63 hoặc Carbon-14 và bộ hấp thụ bán dẫn một chất hấp thụ bán dẫn. Khi chất phát phóng xạ phân rã tự nhiên, các electron tốc độ cao va chạm vào chất hấp thụ, tạo ra các cặp electron-lỗ trống, qua đó tạo ra dòng điện nhỏ nhưng ổn định. Do các hạt beta có thể dễ dàng bị chắn lại chỉ bằng vật liệu mỏng như nhôm nên pin betavoltaic hoàn toàn an toàn.
Ưu Điểm và ứng dụng của loại pin betavoltaic
Dù không tạo ra nhiều điện như phương pháp nhiệt điện của NASA, những viên pin betavoltaic này có thể cung cấp lượng điện nhỏ nhưng ổn định trong hàng thập kỷ, thậm chí hàng thế kỷ, tùy theo chu kỳ bán rã của vật liệu. Một ví dụ cụ thể là pin BV100 của công ty Trung Quốc Betavolt có tuổi thọ 50 năm. Pin này dựa trên Carbon-14 do Trung Quốc phát triển, có thể có thể tồn tại hàng ngàn năm nhờ chu kỳ bán rã của Carbon-14 là 5.730 năm.
Loại pin này có thể không thay thế pin lithium-ion truyền thống, nhưng với tuổi thọ cực dài và khả năng hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt, chúng cực kỳ phù hợp cho các robot thám hiểm hành tinh, cảm biến đáy biển sâu, và cả thiết bị trợ tim. Tuổi thọ dài của loại pin này có thể loại bỏ nhu cầu thay thế pin thường xuyên, từ đó khiến chúng rất phù hợp cho các ứng dụng quan trọng hoặc khó tiếp cận, như các thiết bị y tế với máy tạo nhịp tim, ngành hàng không vũ trụ và khám phá không gian với robot thám hiểm hoặc tàu vũ trụ. Đây vốn là những thiết bị vốn cần một nguồn điện ổn định trong thời gian dài mà không cần phải sạc lại hoặc thay thế liên tục.
Trung Quốc đang đi đầu trong việc phát triển pin hạt nhân
Trong hoàn cảnh hiện tại khi thế giới đang nỗ lực giảm tải carbon và ngày càng phụ thuộc vào các thiết bị thông minh, thì một giải pháp năng lượng lâu dài và bền vững như pin hạt nhân sẽ ngày càng trở nên thiết yếu. Hiện tại, có rất nhiều quốc gia đang theo đuổi việc phát triển loại pin này, bao gồm Trung Quốc, Mỹ, Hàn Quốc và một số nước châu Âu.
Pin BV100 có kích cỡ bằng đồng xu do Trung Quốc phát triển
Quảng cáo
Trong số những quốc gia này, Trung Quốc đã trở thành quốc gia dẫn đâu trong việc đổi mới pin hạt nhân. Đầu năm 2024, công ty Betavolt tại Trung Quốc đã công bố viên pin hạt nhân BV100 cỡ đồng xu, sử dụng Nickel-63 làm nguồn phóng xạ, với tuổi thọ ước tính lên đến 50 năm. Hơn nữa, đây không phải là một sản phẩm mang tính thử nghiệm mà công ty này đã tiến hành sản xuất hàng loại loại pin BV100 này với mục tiêu cung cấp năng lượng cho mọi thứ, từ thiết bị y tế, hàng không vũ trụ đến cả điện thoại thông minh tương lai.
Bên cạnh đó, các trung tâm nghiên cứu cũng dành nguồn đầu tư để phát triển các loại pin hạt nhân khác. Đại học sư phạm Tây Bắc ở Trung Quốc đã thành công trong việc phát triển pin hạt nhân dựa trên Carbon-14 mang tên “Zhulong”, có khả năng hoạt động hơn 100 năm. Dù vật liệu chính là Carbon-14 rất hiếm, báo South China Morning Post đưa tin rằng Trung Quốc cũng đã có một lò phản ứng thương mại tạo Carbon-14 tại Chiết Giang. Ngoài ra, Trung Quốc cũng đang xây dựng chuỗi cung ứng hoàn chỉnh cho pin hạt nhân, tương tự như cách họ phát triển ngành năng lượng mặt trời.
Các quốc gia khác đang chạy theo Trung Quốc
Trong khi Trung Quốc đang dẫn đầu trong việc phát triển pin betavoltaic, các quốc gia khác cũng đang thúc đẩy công nghệ này. Tại Mỹ, công ty City Labs có trụ sở tại Miami đang nghiên cứu pin điện tử betavoltaic cho các sứ mệnh không gian. Công ty này đã nhận được khoản tài trợ lớn từ Viện Y tế Mỹ (NIH) để phát triển loại pin này cho các thiết bị máy trợ tim. Thay vì dùng Nickel-63, đội ngũ phát triển tại City Labs lại sử dụng tritium, có thể hoạt động khoảng 20 năm. Một trong những nguyên nhân công ty này sử dụng tritium, dù nó có thời gian phân rã ngắn hơn, là vì nó an toàn hơn so với Nickel-63 hay Carbon-14 với khả năng bức xạ với năng lượng thấp hơn và khả năng xuyên thấu thấp. Ngoài ra, tritium có thể được sản xuất tương đối dễ dàng trong các lò phản ứng hạt nhân, giúp đảm bảo nguồn cung ổn định hơn so với Carbon-14.
City Labs cũng đang phát triển loại pin betavoltaic của mình
Ngoài ra, công ty này cũng đang nỗ lực thiết lập một chuỗi cung ứng để sản xuất rộng rãi loại pin này. Trên thực tế, City Lab đã đã phát triển viên pin betavoltaic thành công đầu tiên trên thế giới với tên gọi Betacel từ những năm 1970. Tuy nhiên, tuổi thọ pin hạn chế và quan điểm tiêu cực của công chúng Mỹ về hạt nhân tại thời điểm đó khiến công nghệ này đi vào quên lãng.
Quảng cáo
Bên cạnh CityLab, còn có các công ty khác cũng đang nỗ lực phát triển pin hạt nhân là Kronos Advanced Technologies Inc. Anh Quốc cũng đã tham gia cuộc đua phát triển loại pin này vào tháng 9/2024 với công ty Arkenlight phát triển pin Carbon-14 đầu tiên từ chất thải hạt nhân.
Hiện tại, mặc dù pin betavoltaic hiện sản xuất ít năng lượng hơn so với pin lithium-ion truyền thống, nhưng chúng hoàn toàn vượt trội về tuổi thọ và độ tin cậy. Hơn nữa, dù chưa phù hợp với các ứng dụng công suất lớn như xe điện nhưng tuổi thọ lâu dài và độ tin cậy này là một trong những điểm mạnh khiến loại pin này có thể thay đổi cách các thiết bị điện tử nhỏ, các hệ thống quan trọng cần nguồn điện liên tục vận hành.
Nguồn: [1][2][3]
