Carbon-14: Vật liệu tiềm năng để tạo ra pin hạt nhân, vận hành vài chục năm không phải sạc

Một yếu tố quan trọng trong thiết kế của giáo sư In và các đồng sự, là đặt carbon phóng xạ ở cả cực dương và cực âm của pin. Đây là một sự khác biệt so với các thiết kế trước đây, vốn chỉ sử dụng carbon phóng xạ trên một điện cực. Giải pháp này làm tăng mật độ tạo ra hạt beta, đồng thời giảm thiểu tổn thất năng lượng do khoảng cách giữa các điện cực gây ra.

Kết quả thử nghiệm cho thấy, phương pháp tiếp cận này đã nâng cao hiệu quả chuyển đổi năng lượng của pin từ 0.48% trong các thiết kế trước đó lên 2.86% trong nguyên mẫu mới, tức là cải thiện gấp 6 lần.

Bất chấp những tiến bộ này, pin carbon phóng xạ trong phòng thí nghiệm vẫn còn kém hơn so với pin Li-ion về mặt công suất đầu ra. Lý do cũng đơn giản, pin Li-ion hiện giờ thừa sức đạt được hiệu quả chuyển đổi năng lượng khoảng 90%. Tuy nhiên, nếu như những pin hạt nhân này thua kém về hiệu suất tức thời, chúng đã bù đắp bằng lợi thế về mặt tuổi thọ và độ bền Khả năng hoạt động trong nhiều thập kỷ mà không cần sạc lại mở ra những khả năng mới trên nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Chẳng hạn, những máy tạo nhịp tim được cấp điện bởi pin carbon phóng xạ có thể kéo dài suốt cuộc đời bệnh nhân, loại bỏ nhu cầu thay thế, với những cuộc phẫu thuật đầy rủi ro. Các ứng dụng tiềm năng khác bao gồm cung cấp năng lượng cho các cảm biến từ xa trong môi trường khắc nghiệt, hay những vệ tinh yêu cầu giải pháp năng lượng lâu dài trong không gian, và thậm chí cả máy bay không người lái hoặc xe tự hành, ở những nơi việc sạc thường xuyên là không khả thi.

Giáo sư In thừa nhận rằng cần phải tối ưu hóa hiệu năng hơn nữa, để nâng cao hiệu suất của những cục pin hạt nhân này. Các nỗ lực đang được tiến hành để tinh chỉnh hình dạng của bộ phát tia beta và phát triển các chất hấp thụ hiệu quả hơn để tăng cường tạo ra dòng điện. Tuy nhiên, ông vẫn lạc quan về tác động tiềm năng của chúng. “Chúng ta có thể đưa năng lượng hạt nhân an toàn vào các thiết bị có kích thước bằng ngón tay,” ông nói, hình dung một tương lai nơi năng lượng hạt nhân không còn giới hạn trong các nhà máy điện lớn mà được tích hợp vào những thiết bị công nghệ hàng ngày.