Trong bối cảnh công nghệ năng lượng ngày càng phát triển, một nhóm nghiên cứu tại Trung Quốc đã tạo ra một loại pin hạt nhân mới với khả năng hoạt động bền bỉ trong suốt nửa thế kỷ. Sự đổi mới này không chỉ hứa hẹn mang lại hiệu suất năng lượng vượt trội mà còn mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong các lĩnh vực khắc nghiệt như không gian và dưới đáy biển.
Để có thể sản xuất hàng loạt loại pin hạt nhân này, nhóm nghiên cứu cần tìm ra phương pháp giảm chi phí sản xuất đồng vị phóng xạ strontium-90, một yếu tố quan trọng trong việc phát triển công nghệ này.
Theo thông tin từ một bài báo trên tạp chí khoa học, nhóm nghiên cứu do tiến sĩ Haisheng San và tiến sĩ Xin Li dẫn dắt đã đặt ra mục tiêu cải thiện hiệu suất của pin trong những điều kiện khắc nghiệt. Họ chỉ ra rằng các hệ thống năng lượng truyền thống như pin hóa học hay pin quang điện thường không đáp ứng được yêu cầu về độ tin cậy và bền bỉ trong thời gian dài, đặc biệt là trong các ứng dụng không gian hoặc dưới nước.
Để khắc phục những hạn chế này, nhóm đã phát triển một loại tế bào quang điện – vô tuyến strontium-90 (RPVC) dựa trên cấu trúc sóng dẫn ánh sáng. Thiết kế này kết hợp giữa sóng dẫn phát sáng GAGG: Ce (gadolinium aluminum gallium garnet pha cerium) với đồng vị phóng xạ strontium-90, tạo ra một hệ thống có khả năng chuyển đổi năng lượng phóng xạ thành điện năng một cách hiệu quả.
Trong các thử nghiệm, một đơn vị RPVC đã đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng lên tới 2,96%, vượt trội hơn so với các thiết kế RPVC hiện có. Hơn nữa, nhóm nghiên cứu đã ghi nhận công suất 48,9 microwatt từ một đơn vị và phiên bản đa module đạt 3,17 milliwatt. Nguyên mẫu này cũng cung cấp dòng điện mạch ngắn 2,23 milliampe và điện áp mạch hở 2,14 volt.
Để kiểm tra độ bền của sản phẩm, nhóm nghiên cứu đã mô phỏng quá trình sử dụng lâu dài bằng cách chiếu xạ RPVC bằng chùm electron tương đương với 50 năm phơi nhiễm bức xạ. Kết quả cho thấy thiết bị chỉ giảm 13,8% hiệu suất quang học, cho thấy khả năng duy trì hiệu suất cao và ổn định lâu dài của RPVC.
Trong tương lai, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục tìm kiếm giải pháp để sản xuất hàng loạt và giảm chi phí cho đồng vị phóng xạ strontium-90, nhằm đưa công nghệ này vào ứng dụng thực tiễn. Kết quả nghiên cứu của họ đã được công bố trên tạp chí Light: Science & Applications.
Những tiến bộ trong công nghệ pin hạt nhân này không chỉ mang lại hy vọng cho các ứng dụng năng lượng bền vững mà còn mở ra một kỷ nguyên mới cho các nguồn năng lượng sạch và hiệu quả hơn.