Pin phóng xạ tuổi thọ dài và hiệu suất cao

Đại học Missouri từng tuyên bố sản xuất thành công pin phóng xạ với tuổi thọ dài và hiệu suất cao hơn rất nhiều so với công nghệ pin hiện tại. Hệ thống pin này hứa hẹn sẽ được áp dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau như phương tiện giao thông, hàng không vũ trụ,… và nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ cao khác.

Giáo sư Jae W. Kwon - dẫn đầu nhóm nghiên cứu cho biết: “Betavoltaic là công nghệ pin tạo ra năng lượng từ sự phóng xạ và nó đã được nghiên cứu từ những năm 1950. Các kỹ thuật kiểm soát phóng xạ đã không còn nguy hiểm nữa. Chúng ta đã có nhiều ứng dụng thương mại áp dụng công nghệ phóng xạ trong đời sống, chẳng hạn như máy báo cháy trong phòng ngủ hoặc trên các biểu tượng thoát hiểm dùng Tritium (một đồng vị nặng của Hidro) để phát quang”.

Bằng cách sử dụng đồng vị phóng xạ Stronti-90, các nhà nghiên cứu đã biến một điện cực nano Titan dioxide thành chất xúc tác cho phép tăng cường quá trình phân giải nước giúp năng lượng điện hóa được sinh ra nhiều hơn. Theo đó, chất xúc tác sẽ hỗ trợ bẻ gãy liên kết trong phân tử nước, chuyển thành các loại hợp chất oxy và phát ra các bức xạ hạt nhân. Tiếp theo, các bức xạ beta năng lượng cao sẽ xuyên qua các lỗ có kích thước nano trên điện cực Titan dioxide, các cặp lỗ trống electron sẽ được tạo thành và tạo ra dòng dịch chuyển các electron. Kết quả cuối cùng là dòng điện sẽ được tạo thành.

Tuy nhiên, đây không phải là hệ thống pin phóng xạ đầu tiên được chế tạo. Trước đây, City Labs đã từng tạo nên mô hình pin năng lượng phóng xạ đầu tiên. Dù vậy, mô hình của các nhà nghiên cứu tại Đại học Missouri triển vọng và hứa hẹn hơn vì sử dụng kỹ thuật phân ly do phóng xạ (tách nước bằng phóng xạ) để tạo ra dòng điện. Đồng thời quá trình này cũng tạo hoạt động ở nhiệt độ thấp và có hiệu suất cao hơn rất nhiều so với các cách tiếp cận trước đó.

Theo nhóm nghiên cứu, nguyên nhân là do trong quá trình phân ly nước bằng phóng xạ, các bức xạ beta năng lượng cao sẽ sản sinh ra các phóng xạ tự do bên trong môi trường nước. Sau đó, năng lượng động lực học sẽ tự kết hợp hoặc bị giữ lại trong các phân từ nước. Cuối cùng, các bức xạ sẽ được chuyển hóa thành điện bằng cách sử dụng các điện cực titan dioxide một cách hiệu quả ngay tại điều kiện nhiệt độ phòng.

Việc chế tạo thành công hệ thống pin năng lượng phóng xạ trên đã tạo tiền đề áp dụng cho nhiều lĩnh vực, đặc biệt các ngành nghiên cứu công nghệ cao như hàng không vũ trụ vốn cần một nguồn năng lượng ổn định, hiệu suất cao và bền bỉ trong nhiều điều kiện khắc nghiệt. Đồng thời, đây cũng là ứng cử viên sáng giá, khả thi cùng với năng lượng mặt trời tạo nên những nguồn năng lượng ổn định, thân thiện với môi trường trong tương lai không xa. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature.