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. Nó là nguồn điện một chiều và có thể tạo ra nguồn điện xung có tuổi thọ cao hơn bằng cách thêm siêu tụ điện làm thiết bị lưu trữ năng lượng. Cấu trúc cơ bản của loại pin hạt nhân này bao gồm: bộ chuyển đổi, chất nền, nguồn niken-63 và lớp bảo vệ pin.

Pin beta volt kim cương niken-63 là một tập hợp các bộ chuyển đổi bán dẫn kim cương và các tấm niken-63 dày 2μm. Pin là mô-đun. Một mô-đun bao gồm ít nhất 2 bộ chuyển đổi và 1 lớp niken-63. Nó liên tục được xếp chồng lên nhau 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㎜ (gồm 2 bộ chuyển đổi và 1 lớp niken 63). Đánh giá sự cố năng lượng trên thiết bị đầu dò bán dẫn kim cương, tỷ lệ chuyển đổi năng lượng của pin đạt 8,8%. Nếu sử dụng với nguồn phóng xạ niken-63 có độ tinh khiết cao hơn, mật độ năng lượng 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 gấp hơn 10 lần so với pin lithium bậc ba. Chúng có thể lưu trữ 3.300 megawatt giờ trong cục pin 1 gram. Chúng không bắt lửa hoặc phát nổ khi châm cứu và bắn súng. Vì nó 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 phóng điện). Việc tạo ra năng lượng của pin năng lượng nguyên tử ổn định và không thay đổi do môi trường và tải trọng khắc nghiệt. Nó có thể hoạt động bình thường trong phạm vi 120 độ trên 0 và -60 độ dưới 0 và không có khả năng tự phóng điện. Pin năng lượng nguyên tử do Betavolt phát triển tuyệt đối an toàn, không có bức xạ bên ngoài và phù hợp để sử dụng trong các thiết bị y tế như máy điều hòa 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 làm nguồn phóng xạ trở thành đồng vị ổn định của đồng, không có tính 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 yêu cầu 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 (chất bán dẫn thế hệ thứ 4) đầu tiên của Trung Quốc để đạt được thành công việc thu nhỏ, mô đun hóa và chi phí thấp của pin năng lượng nguyên tử, bắt đầu quá trình sử dụng dân sự. Điều này đánh dấu việc Trung Quốc đã đạt được sự đổi mới mang tính đột phá trong cùng lúc hai lĩnh vực công nghệ cao là pin năng lượng nguyên tử và chất bán dẫn kim cương thế hệ thứ tư, “đi trước” các tổ chức và doanh nghiệp nghiên cứu khoa học châu Âu và Mỹ.

Pin năng lượng nguyên tử có thể tạo ra điện ổn định và tự chủ trong 50 năm mà không cần sạc hay bảo trì. Chúng 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 năng lượng lâu dài trong nhiều tình huống như hàng không vũ trụ, thiết bị AI, thiết bị y tế, hệ thống MEMS, cảm biến tiên tiến, máy bay không người lái nhỏ và robot siêu nhỏ. Sự đổi mới năng lượng mới này sẽ giúp Trung Quốc giành được lợi thế dẫn đầu trong vòng cách mạng công nghệ AI mới.

Pin năng lượng nguyên tử hay còn gọi là pin hạt nhân hay pin đồng vị phóng xạ, hoạt động dựa trên nguyên tắc tận dụng năng lượng giải phóng từ sự phân rã của các đồng vị hạt nhân và chuyển hóa thành năng lượng điện thông qua bộ chuyển đổi bán dẫn. Đây là lĩnh vực công nghệ cao được Mỹ và Liên Xô chú trọng vào những năm 1960. Hiện tại, chỉ có pin nhiệt hạch được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ. Loại pin này có kích thước và trọng lượng lớn, nhiệt độ bên trong cao, đắt tiền và dân thường không thể sử dụng. Trong những năm gần đây, việc thu nhỏ, mô-đun hóa và sử dụng pin hạt nhân dân sự là mục tiêu và hướng đi mà các nước châu Âu và 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 đồng vị hạt nhân đa mục đích là xu hướng phát triển trong tương lai.

Pin hạt nhân phát triển một con đường công nghệ hoàn toàn khác, tạo ra dòng điện thông qua quá trình chuyển đổi chất 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, 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 hóa thành dòng điện, tạo thành một đơn vị độc lập. Pin hạt nhân có dạng mô-đun và có thể bao gồm hàng chục hoặc hàng trăm mô-đun đơn vị độc lập và có thể được sử dụng nối tiếp và song song, do đó có thể sản xuất các sản phẩm pin có kích cỡ và dung lượng khác nhau.