Pin sử dụng năng lượng hạt nhân có thể loại bỏ nhu cầu sạc lại

Trong lĩnh vực tiến bộ công nghệ, một khám phá mang tính cách mạng từ nhóm nghiên cứu của Su-Il In tại Viện Khoa học và Công nghệ Daegu Gyeongbuk (DGIST), Hàn Quốc, đã giới thiệu loại pin hạt nhân không cần sạc lại.

Trong một bài viết gần đây, Skye Jacobs trình bày rằng đổi mới bền vững về mặt năng lượng này ra đời đúng lúc để giải quyết những hạn chế của pin lithium-ion (Li-ion), đặc biệt là nhu cầu sạc thường xuyên và các tác động môi trường liên quan đến khai thác lithium và xử lý pin thải. Tại cuộc họp mùa xuân năm 2025 của Hội Hóa học Hoa Kỳ (American Chemical Society), Giáo sư In đã nhấn mạnh rằng radiocarbon – một sản phẩm phụ rẻ tiền và sẵn có từ các nhà máy điện hạt nhân – chính là nguồn cung cấp năng lượng cho các loại pin này nhờ vào chu kỳ bán rã dài đến 5.730 năm và lượng khí thải độc hại thấp.

Những loại pin này tạo ra điện bằng cách tận dụng các hạt năng lượng cao phát ra trong quá trình phân rã của radiocarbon – một chất phát xạ beta đặc biệt, an toàn hơn nhiều so với các nguồn thông thường phát ra tia gamma. Pin betavoltaic thực tế sử dụng một chất bán dẫn tinh vi dựa trên titanium dioxide, có chứa thuốc nhuộm dựa trên ruthenium được cải tiến bằng axit citric. Sự cải tiến này giúp tăng độ nhạy của chất bán dẫn với bức xạ beta và đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao thông qua một hiện tượng gọi là “thác electron” xảy ra trên bề mặt chất bán dẫn.

Một đột phá quan trọng trong thiết kế là việc tích hợp radiocarbon vào cả hai điện cực của pin, thay vì chỉ ở một bên như trước đây, từ đó giúp tăng gấp đôi lượng hạt beta phát ra và giảm tổn thất năng lượng giữa các điện cực. Kết quả là hiệu suất năng lượng tăng vọt từ 0,48% trong các thiết kế trước đó lên 2,86% – dù vẫn còn thua xa hiệu suất 90% của pin lithium-ion. Tuy nhiên, độ bền và độ tin cậy vượt trội của pin hạt nhân trong các ứng dụng như máy tạo nhịp tim và vệ tinh có thể tạo ra những chuyển biến đột phá trong nhiều ngành công nghiệp.

Để chứng minh tiềm năng trong tương lai, thiết kế mới của Giáo sư In hướng đến việc ứng dụng các nguồn năng lượng hạt nhân mini, an toàn này trong những thiết bị phổ biến hằng ngày, vượt ra ngoài phạm vi các nhà máy điện lớn. Mục tiêu là cải thiện hình dạng của các chất phát xạ beta và nâng cao hiệu quả hấp thụ năng lượng để tối ưu hóa khả năng tạo điện. Sáng kiến này nhận được sự tài trợ từ Quỹ Nghiên cứu Quốc gia Hàn Quốc và Chương trình Nghiên cứu & Phát triển của DGIST thuộc Bộ Khoa học và Công nghệ Thông tin – Truyền thông Hàn Quốc, đại diện cho một tia hy vọng trong việc tiêu thụ năng lượng hiệu quả và bền vững hơn trong tương lai.

Bằng cách tiếp tục nghiên cứu các vật liệu hấp thụ hiệu quả hơn và tối ưu hình dạng các nguồn phát xạ beta, nhóm của In đang quyết tâm nâng cao hiệu suất hoạt động của loại pin radiocarbon này. Công trình của họ đánh dấu một bước tiến lớn trong việc tích hợp năng lượng hạt nhân an toàn vào các công nghệ sử dụng hằng ngày, đảm bảo khả năng cung cấp điện độc lập trong các điều kiện khắc nghiệt. Những bước tiến này có thể định nghĩa lại cách thức quản lý năng lượng trong nhiều ngành công nghiệp có nhu cầu cao, mang lại tuổi thọ hoạt động chưa từng có và mở ra kỷ nguyên mới cho vệ tinh, thiết bị y tế và giao thông vận tải.

Nguồn: Skye Jacobs, American Chemical Society.