Pin năng lượng nguyên tử số một thế giới

Pin năng lượng nguyên tử chủ yếu sử dụng niken-63 làm nguồn năng lượng và chất bán dẫn kim cương làm bộ chuyển đổi năng lượng. Đây là nguồn điện một chiều và có thể tạo ra nguồn điện xung với tuổi thọ cao hơn bằng cách bổ sung siêu tụ điện làm thiết bị lưu trữ năng lượng. Cấu trúc cơ bản của pin hạt nhân này bao gồm: bộ chuyển đổi, đế, nguồn niken-63 và lớp bảo vệ pin.

Pin beta volt kim cương niken-63 là một chồng các bộ chuyển đổi bán dẫn kim cương và các tấm niken-63 dày 2μm. Pin được chế tạo theo dạng mô-đun. Một mô-đun bao gồm ít nhất 2 bộ chuyển đổi và 1 lớp niken-63. Nó được xếp chồng liên tục để tạo thành một nhóm mô-đun, nhiều nhóm mô-đun được kết nối nối tiếp và song song, và công suất có thể được cấu hình từ vài microwatt đến vài watt. Kích thước tối thiểu của pin năng lượng nguyên tử là 3x3x0,03㎜ (bao gồm 2 bộ chuyển đổi và 1 lớp niken 63). Đánh giá từ sự cố năng lượng trên thiết bị chuyển đổi bán dẫn kim cương, tỷ lệ chuyển đổi năng lượng của pin đạt 8,8%. Nếu sử dụng với các nguồn phóng xạ niken-63 có độ tinh khiết cao hơn, mật độ công suất của pin sẽ được cải thiện hơn nữa.

Pin năng lượng nguyên tử là pin vật lý, không phải pin điện hóa. Mật độ năng lượng của chúng cao hơn 10 lần so với pin lithium ba thành phần. Chúng có thể lưu trữ 3.300 megawatt-giờ trong một pin 1 gram. Chúng không bắt lửa hoặc phát nổ khi châm cứu và bắn. Vì pin tự tạo ra điện trong 50 năm nên không có khái niệm về số chu kỳ của pin điện hóa (2.000 lần sạc và xả). Việc tạo ra điện của pin năng lượng nguyên tử ổn định và sẽ không thay đổi do môi trường và tải khắc nghiệt. Pin có thể hoạt động bình thường trong phạm vi 120 độ trên không và -60 độ dưới không, và không tự phóng điện. Pin năng lượng nguyên tử do Betavolt phát triển hoàn toàn an toàn, không có bức xạ bên ngoài và phù hợp để sử dụng trong các thiết bị y tế như máy tạo nhịp tim, tim nhân tạo và ốc tai trong cơ thể con người. Pin năng lượng nguyên tử thân thiện với môi trường. Sau giai đoạn phân rã, đồng vị niken-63, vốn là nguồn phóng xạ, trở thành đồng vị bền của đồng, không phóng xạ và không gây ra bất kỳ mối đe dọa hay ô nhiễm nào cho môi trường. Do đó, không giống như pin hóa học hiện có, pin hạt nhân không đòi hỏi quy trình tái chế tốn kém.

Sản phẩm này kết hợp công nghệ phân rã đồng vị hạt nhân niken-63 và mô-đun bán dẫn kim cương (bán dẫn thế hệ thứ 4) đầu tiên của Trung Quốc, đạt được thành công trong việc thu nhỏ, mô-đun hóa và giảm chi phí pin năng lượng nguyên tử, khởi động quá trình ứng dụng dân dụng. Điều này đánh dấu sự đổi mới mang tính đột phá của Trung Quốc trong cả hai lĩnh vực công nghệ cao là pin năng lượng nguyên tử và bán dẫn kim cương thế hệ thứ tư, đồng thời đưa nước này "vượt xa" các tổ chức nghiên cứu khoa học và doanh nghiệp châu Âu và Mỹ.

Pin năng lượng nguyên tử có thể tạo ra điện ổn định và tự động trong 50 năm mà không cần sạc hay bảo trì. Pin đã bước vào giai đoạn thử nghiệm và sẽ được đưa vào sản xuất hàng loạt trên thị trường. Pin năng lượng nguyên tử Betavolt có thể đáp ứng nhu cầu cung cấp điện lâu dài trong nhiều lĩnh vực như hàng không vũ trụ, thiết bị AI, thiết bị y tế, hệ thống MEMS, cảm biến tiên tiến, máy bay không người lái cỡ nhỏ và robot siêu nhỏ. Đổi mới năng lượng mới này sẽ giúp Trung Quốc dẫn đầu trong cuộc cách mạng công nghệ AI mới.

Pin năng lượng nguyên tử, còn được gọi là pin hạt nhân hoặc pin đồng vị phóng xạ, hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng năng lượng giải phóng từ sự phân rã của các đồng vị hạt nhân và chuyển đổi nó thành năng lượng điện thông qua các bộ chuyển đổi bán dẫn. Đây là một lĩnh vực công nghệ cao mà Hoa Kỳ và Liên Xô tập trung vào những năm 1960. Hiện nay, chỉ có pin nhiệt hạch được sử dụng trong hàng không vũ trụ. Loại pin này có kích thước và trọng lượng lớn, nhiệt độ bên trong cao, giá thành cao và không thể sử dụng cho mục đích dân sự. Trong những năm gần đây, việc thu nhỏ, mô-đun hóa và sử dụng pin hạt nhân cho mục đích dân sự là những mục tiêu và hướng đi được các nước châu Âu và châu Mỹ theo đuổi. "Kế hoạch 5 năm lần thứ 14 và Mục tiêu Tầm nhìn 2035" của Trung Quốc cũng đề xuất rằng việc dân sự hóa công nghệ hạt nhân và phát triển đa mục đích các đồng vị hạt nhân là xu hướng phát triển trong tương lai.

Pin hạt nhân phát triển một hướng công nghệ hoàn toàn khác, tạo ra dòng điện thông qua quá trình chuyển đổi bán dẫn của các hạt beta (electron) phát ra từ nguồn phóng xạ niken-63. Để làm được điều này, nhóm các nhà khoa học của Betavolt đã phát triển một chất bán dẫn kim cương đơn tinh thể độc đáo, chỉ dày 10 micron, bằng cách đặt một tấm niken-63 dày 2 micron giữa hai bộ chuyển đổi bán dẫn kim cương. Năng lượng phân rã của nguồn phóng xạ được chuyển đổi thành dòng điện, tạo thành một đơn vị độc lập. Pin hạt nhân là loại pin mô-đun, có thể được cấu thành từ hàng chục hoặc hàng trăm mô-đun đơn vị độc lập, có thể được sử dụng nối tiếp hoặc song song, do đó có thể sản xuất các sản phẩm pin với kích thước và dung lượng khác nhau.