Pin kim cương hứa hẹn cấp đủ điện cho tàu thăm dò dùng 100 năm

Ảnh minh họa - Nikkei

Mẫu pin kim cương do Nhật Bản sản xuất có tiềm năng cấp điện suốt 100 năm đang được xem xét để sử dụng cho tàu thăm dò vũ trụ hoặc các thiết bị khai thác mỏ dưới lòng đất. 

Theo tờ báo tài chính Nikkei, pin sử dụng kim cương nhân tạo sẽ phát điện năng khi được đặt vào trường phóng xạ. 

Nếu có thể kiểm soát và ngăn chặn phóng xạ bằng cách bọc những viên pin này trong nhôm hoặc các tấm kim loại khác, thì chúng sẽ đủ tiêu chuẩn để đưa vào sử dụng.

“Đây là một khối tinh thể tuyệt đẹp. Chúng tôi có thể khai thác kim cương từ nó", ông Satoshi Koizumi, trưởng nhóm bán dẫn băng tần rộng tại Viện Khoa học Vật liệu Quốc gia (NIMS), giới thiệu về một khối pin nguyên mẫu mang màu của một viên kim cương thô, do nhóm này chế tạo. 

Nhóm của ông Koizumi đã sản xuất một diode tiếp giáp PN – một dạng thiết bị bán dẫn đơn giản – bằng cách gắn kèm một tấm màng kim cương mỏng vào một đế kim cương để sản sinh ra điện. 

Pin kim cương, hay còn gọi là pin betavoltaic, tạo ra điện khi ở trong trường phóng xạ, nơi chúng có thể nhận tia beta từ các đồng vị như carbon-14 và niken-63. Loại pin này có tuổi thọ cao như vậy là do thời gian bán hủy của cacbon-14 và niken-63 lần lượt là 5.700 năm và 100 năm.

Một số công ty ở Mỹ và các nước khác đã đưa pin betavoltaic vào sử dụng thực tiễn. Mặc dù kim cương có mức trao đổi nhiệt và các-bua silic cao hơn, nhưng việc sản xuất chất bán dẫn từ kim cương lại khó hơn.

Pin kim cương là thành quả của công nghệ mà NIMS đã tích lũy từ những năm 1990. Tỷ lệ trao đổi nhiệt của kim cương là khoảng 28%, cao nhất thế giới và gần với giới hạn lý thuyết, mặc dù ở cấp độ nguyên tố.

Nhóm nghiên cứu tại NIMS đã dùng hạt electron, được dùng trong các thiết bị như kính hiển vi điện tử, thay vì tia beta để sản xuất điện. Tuy nhiên, họ có kế hoạch sử dụng niken-63 để thay thế từ bây giờ. 

Sản xuất thành công pin kim cương vẫn còn một trở ngại lớn mà các nhà phát triển chưa giải quyết được. Đó chính là làm thế nào để làm cho pin hoạt động hiệu quả hơn. Hiện tại, những viên pin này chỉ tạo ra lượng điện vài micro-watt. Một micro-watt bằng một phần triệu watt.

Pin hạt nhân là loại sử dụng nhiệt từ plutonium. Chúng được lắp trong tàu thăm dò vũ trụ. Mặc dù chúng giải phóng lượng lớn điện năng nhưng chất plutonium rất khó xử lý. 

Ngược lại, pin kim cương có sức kháng nhiệt cao và cấu trúc đơn giản hơn. "Chúng có thể hoạt động ngay cả ở nhiệt độ cao. Việc sử dụng chúng trong các thiết bị vũ trụ và máy thăm dò khoáng sản là có thể tưởng tượng được", ông Satoshi Koizumi cho biết.