iPhone 16 có thể được trang bị pin kim cương từ chất thải hạt nhân

Nghe có vẻ phi lý, nhưng ai mà biết được một cuộc cách mạng pin trong tương lai sẽ mang lại điều gì?

Mỗi ngày, smartphone lại trở nên thông minh hơn nhờ những linh kiện mới đắt đỏ và những chipset tích hợp hàng tá tính năng ưu việt. Nhưng dù ngày một mạnh mẽ, các thiết bị của chúng ta vẫn bị níu chân bởi một công nghệ đã và đang "gặm nhấm" thời gian hoạt động của chúng: công nghệ pin.

Nếu như người dùng khao khát những viên pin "trâu bò" hơn để hướng đến một tương lai nơi những sợi cáp sạc là những món đồ thừa thãi, thì các công ty ở khắp mọi nơi đang chạy đua nhằm phát triển những công nghệ pin đột phá. Bạn hẳn đã từng nghe về pin thể rắn, pin graphene, hay pin lithium lỏng, nhưng bạn biết gì về pin làm từ... chất thải hạt nhân?

Một số không ít các công ty đang nghiên cứu loại pin làm từ chất thải hạt nhân, có thể hoạt động từ năm này sang năm khác. Arkenlight, công ty được thành lập tại Đại học Bristol, là một trong số đó. Không như pin lithium-ion truyền thống vốn dựa vào phản ứng hoá học để cấp năng lượng cho thiết bị, pin chất thải hạt nhân của Arkenlight sử dụng than chì từ các nhà máy hạt nhân bỏ hoang. Than chì này sau đó sẽ được khai thác để thu về carbon-14 phóng xạ và được biến thành kim cương nhân tạo. Khi carbon-14 phân rã tự nhiên, các hạt beta sẽ va chạm vào và khiến các electron trong kim cương bị bong ra để tạo thành một dòng điện. Chưa hết, quy trình tự phát điện này có thể diễn ra từ 12 đến... 5.000 năm. Về mặt lý thuyết, điều đó có nghĩa nếu một viên pin kim cương chất thải hạt nhân như vậy được sản xuất thương mại, bạn sẽ không bao giờ phải sạc điện thoại nữa, bởi nó sẽ liên tục tự sạc chính mình.

Ý tưởng biến chất thải hạt nhân thành năng lượng không phải là mới. Các nhà nghiên cứu vẫn đang tìm hiểu về việc biến vật liệu phóng xạ thành dòng điện từ đầu những năm 1900. Và vào thập niên 1970, pin betavoltaic, vốn sử dụng các đồng vị phóng xạ để tạo ra những dòng điện siêu nhỏ, đã được sử dụng trong các thiết bị điều hoà nhịp tim. Chúng sau đó đã bị thay thế bởi pin lithium-ion truyền thống. Một trong những lý do chính giải thích cho việc chúng được sử dụng trong các thiết bị như máy điều hoà nhịp tim là bởi chúng có thể duy trì trong một thời gian dài, nhưng loại pin này chưa bao giờ được sử dụng trong bất kỳ thứ gì có cường độ hoạt động mạnh hơn, đơn giản bởi công suất quá nhỏ của chúng.

Arkenlight cho biết họ hiện đã có thể phát triển một loại pin hạt nhân hiệu quả hơn và có mật độ điện năng cao hơn so với các loại pin được tạo ra trước đây. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Bristol phát hiện ra rằng nếu họ đặt đồng vị phóng xạ vào bên trong một vật liệu kim cương thì họ sẽ có thể tăng công suất dòng điện. "Ma trận lưới của kim cương quá chặt đến nỗi các hạt beta cũng sẽ không thoát ra được" - CEO Arkenlight là Morgan Boardman giải thích. "Do đó, chúng tôi đã tìm ra được câu trả lời thần kỳ - ma thuật ở đây là chúng tôi có được một thứ liên kết rất chặt chẽ, an toàn cho con người sử dụng, và có mật độ năng lượng tương đương với các ứng dụng thương mại".

Những ứng dụng thương mại đó bao gồm mọi thứ, từ các bộ dẫn động và cảm biến trong các nhà máy, đến các loại thẻ bảo mật gắn trên các công-te-nơ hàng hoá và các linh kiện hàng không. Nói chung là bất kỳ thiết bị nào hiện đang sử dụng những viên pin tiểu để hoạt động! Nhưng còn smartphone và xe hơi điện thì sao? Có lẽ không. "Chúng tôi có thể dùng pin này cho điện thoại của bạn ngay bây giờ, nếu bạn sẵn lòng mang theo một cục pin với kích cỡ của một hộp sốt rau củ" - Boardman nói.

Vấn đề với pin betavoltaic là chúng cung cấp lượng điện thấp hơn nhiều - chỉ khoảng vài chục microwatt - bù lại chúng sẽ hoạt động được rất lâu. "Nếu chúng tôi có thể lấy công nghệ tiên tiến nhất hiện nay, và tiếp tục nghiên cứu trong vài năm tiếp theo, chúng tôi vẫn sẽ không thể đạt được mật độ năng lượng cần để cung cấp cho một chiếc điện thoại, laptop, hay xe hơi" - Boardman giải thích thêm.

Để cung cấp năng lượng cho một thiết bị như một cảm biến nhà kho dùng trong 1.000 năm, Boardman nói rằng chi phí mà các nhà sản xuất phải bỏ ra là khoảng 50 bảng Anh. Tuy nhiên, một chiếc smartphone với pin kim cương kích cỡ bằng một hộp bơ thực vật sẽ có chi phí sản xuất lên đến hơn 200.000 bảng Anh. Năng lượng cần để cung cấp cho một chiếc smartphone cao hơn đáng kể so với năng lượng cần để cung cấp cho một thiết bị điều hoà nhịp tim công suất tính bằng microwatt.

Nhưng công ty NDB (trụ sở California) thì nói rằng họ đã tìm ra giải pháp cho công suất quá kém của pin betavoltaic, và họ sẽ có thể cải thiện chất lượng của chất thải phóng xạ để nó có thể được sử dụng trong các thiết bị đòi hỏi nhiều điện năng như iPhone hay thậm chí là các xe hơi chạy điện.

Công ty này đang phát triển pin nano kim cương mà theo tiết lộ của họ thì không chỉ tận dụng quá trình phân rã beta của các đồng vị phóng xạ, mà còn quá trình phân rã alpha nữa. Với công nghệ của NDB, CEO Nima Golsharifi khẳng định pin của họ sẽ có thể cung cấp điện năng cho một loạt các thiết bị. Bắt đầu từ các cảm biến điện tử hàng không điện áp thấp, cho đến các thiết bị điện tử tiêu dùng, như điện thoại hay laptop, và thậm chí là các thiết bị đòi hỏi điện năng cao như các phương tiện hay máy bay chạy điện. "Bất kỳ thứ gì mà các loại pin lithium-ion hiện tại có thể cung cấp điện năng, chúng tôi có thể làm tương tự" - Golsharifi tuyên bố.

Dù Golsharifi không đi sâu vào các chi tiết, khiến những lời nói của anh khá khó để xác thực, nhưng anh nói rằng (tuỳ thuộc vào đồng vị phóng xạ) công suất của pin có thể đạt tối đa 50 milliwatts/gram. Anh giải thích rằng pin sẽ không hoạt động được lâu như loại pin chỉ tận dụng phân rã beta, nhưng nếu đưa vào điện thoại, nó vẫn có thể giúp thiết bị hoạt động đến 9 năm, trong khi xe hơi điện có thể hoạt động đến... 90 năm.

Công ty hiện đang chế tạo một nguyên mẫu để thử nghiệm một vài ứng dụng khác nhau, dự kiến hoàn thành trong 8 - 12 tháng. Nếu họ làm công nghệ này hoạt động được, Golsharifi nói rằng pin của mình có thể sẵn sàng để đưa vào các thiết bị điện tử tiêu dùng chỉ trong vòng 3 năm mà thôi. Trong lúc đó, chúng ta sẽ phải chờ đợi và hi vọng nó sẽ không phải là một viễn cảnh táo bạo khác không bao giờ trở thành hiện thực - và đừng quên cắm sạc điện thoại mỗi ngày!