Trung Quốc phát triển pin hạt nhân với tuổi thọ lên đến 50 năm

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.

Đứng đầu nhóm nghiên cứu là tiến sĩ Haisheng San từ Đại học Hạ Môn và tiến sĩ Xin Li từ Viện Năng lượng Nguyên tử Trung Quốc. Họ đã đặt ra mục tiêu cải thiện hiệu suất của pin trong những điều kiện khắc nghiệt, nơi mà các loại pin truyền thống như pin hóa học hay pin quang điện thường không thể đáp ứng được yêu cầu về độ tin cậy và tuổi thọ. Để giải quyết vấn đề này, họ đã phát triển một loại tế bào quang điện mới dựa trên strontium-90, được gọi là RPVC.

Thiết kế của RPVC rất độc đáo, kết hợp giữa sóng dẫn phát sáng GAGG: Ce (gadolinium aluminum gallium garnet pha cerium) và đồng vị phóng xạ strontium-90. GAGG: Ce là một trong những chất nhấp nháy sáng nhất hiện có, với khả năng phát hiện photon và chuyển đổi năng lượng phóng xạ thành ánh sáng, từ đó tạo ra điện năng cho tế bào quang điện.

Trong các thử nghiệm, RPVC đã đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng lên tới 2,96%, vượt trội hơn so với các thiết kế hiện có. Nhóm nghiên cứu cũng ghi nhận công suất 48,9 microwatt từ một đơn vị RPVC, và phiên bản đa module có thể đạt tới 3,17 milliwatt. Nguyên mẫu này còn 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 hiệu suất quang học chỉ giảm 13,8%, cho thấy khả năng duy trì hiệu suất cao trong thời gian dài. Điều này đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc phát triển ứng dụng pin hạt nhân, với khả năng giảm thiểu thất thoát năng lượng nhờ vào việc tập trung ánh sáng từ chất nhấp nháy vào tế bào quang điện mà không cần bộ phận chuyển động hay nguồn năng lượng bên ngoài.

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 sản phẩm này vào ứng dụng thực tế. Kết quả nghiên cứu của họ đã được công bố trên tạp chí Light: Science & Applications.

An Khang