Bùi Minh Nhật
Intern Writer
Hãy tưởng tượng một chiếc đồng hồ thông minh không bao giờ cần sạc lại không phải trong một tuần, một năm, hay thậm chí một thế kỷ. Trong vòng chưa đầy hai năm nữa, điều tưởng như viễn tưởng ấy có thể trở thành hiện thực, nhờ vào công nghệ pin kim cương hạt nhân đang được phát triển bởi công ty NDB (Nano Diamond Battery) có trụ sở tại San Francisco.
Họ tuyên bố rằng chỉ cần một viên pin siêu nhỏ cũng có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị y tế như máy tạo nhịp tim hoặc máy bơm insulin trong suốt cuộc đời một con người. Và nếu ứng dụng trong thám hiểm không gian, loại pin này còn có thể nuôi sống một tàu tự hành trên sao Hỏa suốt hàng thập kỷ mà không cần bất kỳ sự can thiệp nào từ con người.
Cốt lõi của công nghệ này là các lớp kim cương nano siêu nhỏ chỉ vài nanomet, tức là nhỏ hơn hàng nghìn lần sợi tóc người. Kim cương là vật liệu dẫn nhiệt tự nhiên tốt nhất mà con người từng biết, hiệu quả gấp ba đến bốn lần so với đồng hoặc bạc.
Để tạo ra các viên kim cương đặc biệt này, các nhà khoa học sử dụng kỹ thuật gọi là "lắng đọng hơi hóa học", buộc các phân tử carbon kết tinh trên một vật liệu nền. Quá trình này tạo ra những viên kim cương nhân tạo có pha tạp boron thứ làm cho chúng có màu xanh lam và dẫn điện tốt hơn.
Nhưng thứ thực sự đặc biệt không nằm ở vẻ ngoài của những viên kim cương này. Bên trong chúng là các đồng vị phóng xạ – trích xuất từ chất thải hạt nhân của các nhà máy điện. Khi các nguyên tử này phân rã, chúng phát ra năng lượng. Hệ thống pin của NDB sẽ thu nhận động năng đó và chuyển hóa thành dòng điện.
NDB tuyên bố rằng, nếu được sử dụng đúng cách, pin kim cương hạt nhân có thể hoạt động liên tục trong 28.000 năm. Tất nhiên, điều này chỉ đúng trong các môi trường tiêu thụ năng lượng rất thấp, như vệ tinh hoặc các thiết bị khoa học ngoài không gian.
Còn trên Trái Đất, với nhu cầu điện năng lớn hơn, các cell pin sẽ được xếp chồng lên nhau để tạo thành những khối năng lượng đủ mạnh. Điều này giúp mở rộng khả năng sử dụng của công nghệ từ đồng hồ đeo tay, điện thoại, cho đến các thiết bị y tế cấy trong cơ thể.
Tuy nhiên, vẫn có một vài thách thức. Việc nhồi chất phóng xạ vào trong lớp kim cương có thể làm giảm độ bền kết cấu, và theo thời gian, một số cell có thể bị hỏng. Điều này đặt ra bài toán mới về xử lý chất thải phóng xạ trong tương lai, nếu loại pin này được sản xuất hàng loạt.
Dù vẫn còn nhiều ẩn số như chi phí sản xuất, mật độ năng lượng, hay tính an toàn khi sử dụng hàng ngày nhưng tiềm năng của pin kim cương hạt nhân là không thể phủ nhận. Với những thiết bị cần nguồn năng lượng bền bỉ và không thể sạc lại thường xuyên như máy trợ thính hay máy tạo nhịp tim, đây có thể là giải pháp lý tưởng.
NDB cho biết sản phẩm thương mại đầu tiên của họ sẽ là một chiếc đồng hồ thông minh dùng pin kim cương, dự kiến ra mắt trong tương lai gần. Nếu thành công, nó có thể mở ra kỷ nguyên mới cho ngành năng lượng nơi bạn chỉ cần sạc một lần… là đủ dùng cả đời.
Và nếu điều đó trở thành hiện thực, thì chiếc đồng hồ đeo tay sắp tới của bạn không chỉ là một món phụ kiện công nghệ nó có thể là vật gia truyền chạy bằng năng lượng hạt nhân.
Họ tuyên bố rằng chỉ cần một viên pin siêu nhỏ cũng có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị y tế như máy tạo nhịp tim hoặc máy bơm insulin trong suốt cuộc đời một con người. Và nếu ứng dụng trong thám hiểm không gian, loại pin này còn có thể nuôi sống một tàu tự hành trên sao Hỏa suốt hàng thập kỷ mà không cần bất kỳ sự can thiệp nào từ con người.
Pin hoạt động như thế nào?
Cốt lõi của công nghệ này là các lớp kim cương nano siêu nhỏ chỉ vài nanomet, tức là nhỏ hơn hàng nghìn lần sợi tóc người. Kim cương là vật liệu dẫn nhiệt tự nhiên tốt nhất mà con người từng biết, hiệu quả gấp ba đến bốn lần so với đồng hoặc bạc.
Để tạo ra các viên kim cương đặc biệt này, các nhà khoa học sử dụng kỹ thuật gọi là "lắng đọng hơi hóa học", buộc các phân tử carbon kết tinh trên một vật liệu nền. Quá trình này tạo ra những viên kim cương nhân tạo có pha tạp boron thứ làm cho chúng có màu xanh lam và dẫn điện tốt hơn.
Nhưng thứ thực sự đặc biệt không nằm ở vẻ ngoài của những viên kim cương này. Bên trong chúng là các đồng vị phóng xạ – trích xuất từ chất thải hạt nhân của các nhà máy điện. Khi các nguyên tử này phân rã, chúng phát ra năng lượng. Hệ thống pin của NDB sẽ thu nhận động năng đó và chuyển hóa thành dòng điện.
Pin chạy cả... hàng chục ngàn năm?
NDB tuyên bố rằng, nếu được sử dụng đúng cách, pin kim cương hạt nhân có thể hoạt động liên tục trong 28.000 năm. Tất nhiên, điều này chỉ đúng trong các môi trường tiêu thụ năng lượng rất thấp, như vệ tinh hoặc các thiết bị khoa học ngoài không gian.
Còn trên Trái Đất, với nhu cầu điện năng lớn hơn, các cell pin sẽ được xếp chồng lên nhau để tạo thành những khối năng lượng đủ mạnh. Điều này giúp mở rộng khả năng sử dụng của công nghệ từ đồng hồ đeo tay, điện thoại, cho đến các thiết bị y tế cấy trong cơ thể.
Tuy nhiên, vẫn có một vài thách thức. Việc nhồi chất phóng xạ vào trong lớp kim cương có thể làm giảm độ bền kết cấu, và theo thời gian, một số cell có thể bị hỏng. Điều này đặt ra bài toán mới về xử lý chất thải phóng xạ trong tương lai, nếu loại pin này được sản xuất hàng loạt.
Tương lai nào cho pin kim cương?
Dù vẫn còn nhiều ẩn số như chi phí sản xuất, mật độ năng lượng, hay tính an toàn khi sử dụng hàng ngày nhưng tiềm năng của pin kim cương hạt nhân là không thể phủ nhận. Với những thiết bị cần nguồn năng lượng bền bỉ và không thể sạc lại thường xuyên như máy trợ thính hay máy tạo nhịp tim, đây có thể là giải pháp lý tưởng.
NDB cho biết sản phẩm thương mại đầu tiên của họ sẽ là một chiếc đồng hồ thông minh dùng pin kim cương, dự kiến ra mắt trong tương lai gần. Nếu thành công, nó có thể mở ra kỷ nguyên mới cho ngành năng lượng nơi bạn chỉ cần sạc một lần… là đủ dùng cả đời.
Và nếu điều đó trở thành hiện thực, thì chiếc đồng hồ đeo tay sắp tới của bạn không chỉ là một món phụ kiện công nghệ nó có thể là vật gia truyền chạy bằng năng lượng hạt nhân.
