Nguồn năng lượng thế hệ tiếp theo này, được gọi là pin betavoltaic, kết hợp vật liệu phóng xạ với vật liệu pin mặt trời đặc biệt gọi là perovskite. Bước đột phá này có thể là bước ngoặt đối với các thiết bị sử dụng trong công nghệ không gian, y học, quân sự, đặc biệt là khi không thể thay pin hoặc sạc lại pin thường xuyên.

Nghiên cứu do các nhà khoa học từ Khoa khoa học và kỹ thuật năng lượng tại Viện khoa học và công nghệ Daegu Gyeongbuk (DGIST) thực hiện, công bố trên tạp chí Chemical Communications. Nhóm nghiên cứu chế tạo ra pin betavoltaic đầu tiên trên thế giới, kết nối trực tiếp điện cực đồng vị phóng xạ với lớp perovskite có chức năng hấp thụ bức xạ, biến nó thành điện.

Các loại pin truyền thống, như pin lithium-ion hoặc niken, có tuổi thọ ngắn và có thể bị hỏng do nhiệt hoặc độ ẩm. Điều đó khiến chúng kém tin cậy hơn trong môi trường khắc nghiệt. Ngược lại, pin betavoltaic tạo ra điện bằng các hạt beta, các electron năng lượng cao, nhỏ, được giải phóng tự nhiên khi một số vật liệu phóng xạ phân rã.

Các hạt beta này có thể sử dụng an toàn với lượng nhỏ vì chúng không xuyên qua da người, khiến chúng an toàn hơn nhiều so với các loại bức xạ khác. Nhưng các nỗ lực trước đây để chế tạo pin betavoltaic gặp nhiều khó khăn, chủ yếu do vật liệu phóng xạ khó xử lý và các thiết bị chưa hiệu quả để sử dụng trong thực tế. Đó là lý do khiến nghiên cứu mới này trở nên quan trọng.

Nhóm DGIST sử dụng một dạng carbon phóng xạ, là carbon-14, nhúng trong các hạt nhỏ gọi là chấm lượng tử để hoạt động như nguồn bức xạ beta. Họ kết hợp điều này với một lớp perovskite được thiết kế cẩn thận, xử lý bằng các hóa chất đặc biệt để cải thiện cấu trúc của nó. Điều này cải thiện khả năng di chuyển dễ dàng của các electron qua vật liệu, giúp pin hiệu quả hơn nhiều.

Theo các nhà nghiên cứu, pin mới cho thấy khả năng di chuyển của electron tăng 56.000 lần so với các thiết kế trước đó. Pin cũng có thể duy trì công suất đầu ra ổn định trong 9 giờ liên tục trong quá trình thử nghiệm, một chỉ số đáng kể cho thấy pin hoạt động đáng tin cậy trong thời gian dài. Đây là lần đầu tiên trình diễn thực tế pin betavoltaic hoạt động. Nhóm nghiên cứu cho biết sẽ làm cho công nghệ này nhỏ hơn nữa và hướng tới mục đích sử dụng thương mại.