16:22 - 03/03/2021

Pin kim cương hứa hẹn tạo ra điện trong 100 năm

Loại pin đặc biệt này đang được xem xét để sử dụng trong các tàu thăm dò không gian và cũng có tiềm năng điện khí hóa các mỏ hầm lò.

Kim cương đã được dùng như các công cụ công nghiệp và thậm chí có thể được biến đổi thành chất bán dẫn.

Là chất cứng nhất trên thế giới, kim cương đã được dùng như công cụ công nghiệp và thậm chí có thể được biến đổi thành chất bán dẫn. Những viên pin sử dụng kim cương nhân tạo sản sinh ra điện khi đặt trong trường phóng xạ. Nếu có thể kiểm soát và ngăn chặn sự phóng xạ bằng cách bọc pin kim cương trong nhôm hoặc các tấm kim loại khác, thì nó có thể được đưa vào sử dụng.

“Kim cương là tinh thể rất đẹp. Chúng tôi có thể khai thác tiềm năng của kim cương”, Satoshi Koizumi, người đứng đầu bộ phận bán dẫn băng tần rộng Wide Bandgap Semiconductor Group (WBSG) tại Viện Khoa học vật liệu quốc gia của Nhật National Institute of Material Science (NIMS), nói.

Theo Nikkei, NIMS là nơi sản xuất ra viên pin kim cương nguyên mẫu mang màu của kim cương thô. NIMS tạo ra diode tiếp giáp PN, một trong những thiết bị bán dẫn đơn giản nhất, bằng cách gắn một màng kim cương mỏng vào đế kim cương để tạo ra điện.

Pin kim cương, hoặc pin betavoltaic nói chung, có khả năng tạo ra điện miễn là đặt chúng ở trong trường phóng xạ, nơi chúng có thể nhận tia beta từ các đồng vị như carbon-14 và niken-63 lên chip bán dẫn. Lý do loại pin này có tuổi thọ cao là vì đồng vị carbon-14 và niken-63 chỉ phân hủy một nửa trong khoảng thời gian tương ứng lần lượt là 5.700 năm và 100 năm. Bằng cách sử dụng cacbua silicon, các công ty ở Mỹ và những công ty khác trên thế giới đã đưa pin betavoltaic vào sử dụng thực tế. Pin kim cương có tốc độ trao đổi nhiệt và cacbua silic cao hơn, nhưng việc sản xuất chất bán dẫn từ kim cương khó hơn.

Pin kim cương do NIMS sản xuất là thành quả công nghệ và bí quyết mà viện nghiên cứu này đã tích lũy từ những năm 1990. Nhóm nghiên cứu tại NIMS đã sử dụng electron, được dùng trong các thiết bị như kính hiển vi điện tử, thay vì ứng dụng tia beta để sản xuất điện. Tuy nhiên, hiện nhóm có kế hoạch sử dụng đồng vị niken-63 từ bây giờ.

Một vấn đề lớn mà các nhà phát triển vẫn chưa tìm ra cách giải quyết là làm thế nào để pin hoạt động hiệu quả hơn bằng cách tăng cường sản lượng điện. Hiện pin kim cương chỉ tạo ra điện năng micro-watt, một micro-watt bằng một phần triệu watt. Dù vậy tiềm năng của loại pin này vẫn rất rõ ràng.

Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Vương quốc Anh và Đại học Bristol (Anh) năm ngoái cho biết đang nghiên cứu việc sử dụng carbon-14 tồn tại rất nhiều trên bề mặt than chì, vốn được sử dụng trong sản xuất điện hạt nhân. Anh được cho là đang xem xét sản xuất nhiều pin kim cương từ việc tháo dỡ các nhà máy sản xuất hạt nhân. Hiện không có thông tin chi tiết về kế hoạch vừa nêu, nhưng nếu thành công nó sẽ có thể tạo ra điện trong hàng nghìn năm.

Pin hạt nhân sử dụng nhiệt từ plutonium. Loại pin này được lắp đặt trong các tàu thăm dò không gian. Mặc dù chúng tạo ra lượng điện tương đối lớn, nhưng lại rất khó xử lý plutonium. Ngược lại, pin kim cương có khả năng chịu nhiệt cao và có cấu tạo đơn giản hơn. “Pin kim cương có thể hoạt động ngay cả ở nhiệt độ cao. Việc sử dụng chúng trong thiết bị vũ trụ và thăm dò khoáng sản là điều có thể hình dung được”, ông Satoshi Koizumi nói.