Pin betavoltaic kết hợp perovskite-đồng vị phóng xạ có thể cung cấp năng lượng cho các ứng dụng dài hạn
của Viện Khoa học và Công nghệ Daegu Gyeongbuk
Minh họa sơ đồ cơ chế của pin betavoltaic perovskite. Nguồn: Chemical Communications (2025). DOI: 10.1039/D4CC05935B
Một nhóm nghiên cứu đã phát triển pin betavoltaic thế hệ tiếp theo đầu tiên trên thế giới bằng cách kết nối trực tiếp điện cực đồng vị phóng xạ với lớp hấp thụ perovskite. Bằng cách nhúng các chấm lượng tử gốc carbon-14 vào điện cực và tăng cường độ kết tinh của lớp hấp thụ perovskite, nhóm nghiên cứu đã đạt được cả công suất đầu ra ổn định và hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao.
Công trình này được công bố trên tạp chí Chemical Communications. Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Su-Il In thuộc Khoa Khoa học và Kỹ thuật Năng lượng tại DGIST đứng đầu.
Công nghệ mới phát triển này cung cấp nguồn điện ổn định, lâu dài mà không cần sạc lại, khiến nó trở thành giải pháp năng lượng thế hệ tiếp theo đầy hứa hẹn cho các lĩnh vực đòi hỏi tính tự chủ về năng lượng lâu dài, chẳng hạn như thám hiểm không gian, thiết bị y tế cấy ghép và các ứng dụng quân sự.
Khi quá trình thu nhỏ và độ chính xác của các thiết bị điện tử tăng tốc nhanh chóng, nhu cầu về các công nghệ cung cấp điện tiên tiến giúp giảm thiểu nhu cầu sạc thường xuyên ngày càng tăng. Tuy nhiên, các loại pin chính thống hiện nay, bao gồm các loại pin lithium và niken, có tuổi thọ ngắn và dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm, hạn chế độ tin cậy của chúng trong các môi trường khắc nghiệt. Công nghệ pin betavoltaic, có khả năng cung cấp điện ổn định trong nhiều năm hoặc thậm chí nhiều thập kỷ, đang nổi lên như một giải pháp thay thế mạnh mẽ.
Pin betavoltaic tạo ra điện bằng cách thu các hạt beta phát ra trong quá trình phân rã phóng xạ tự nhiên. Về lý thuyết, chúng có thể hoạt động trong nhiều thập kỷ mà không cần bảo trì. Các hạt beta cũng mang lại những lợi thế tuyệt vời về an toàn sinh học, vì chúng không thể xuyên qua da người. Tuy nhiên, tiến bộ thực tế đã bị hạn chế do những thách thức trong việc xử lý vật liệu phóng xạ và đảm bảo tính ổn định của vật liệu.
Để vượt qua những thách thức này, nhóm của Giáo sư In đã phát triển một pin betavoltaic lượng tử lai bằng cách kết hợp điện cực đồng vị gốc carbon-14 với lớp hấp thụ perovskite hiệu suất cao. Họ đã cải thiện đáng kể các đặc tính vận chuyển điện tích bằng cách kiểm soát chính xác cấu trúc tinh thể perovskite, sử dụng các chất phụ gia như methylammonium chloride (MACl) và cesium chloride (CsCl).
Kết quả là, pin betavoltaic được phát triển đã đạt được mức tăng khoảng 56.000 lần về độ di động của electron so với các hệ thống thông thường. Nó duy trì công suất đầu ra ổn định trong tối đa chín giờ hoạt động liên tục, chứng minh hiệu suất vượt trội.
Giáo sư Su-Il In nhận xét, "Nghiên cứu này đánh dấu lần đầu tiên trên thế giới chứng minh được tính khả thi thực tế của pin betavoltaic. Chúng tôi có kế hoạch đẩy nhanh quá trình thương mại hóa các công nghệ cung cấp điện thế hệ tiếp theo cho các môi trường khắc nghiệt và theo đuổi quá trình thu nhỏ và chuyển giao công nghệ hơn nữa".
Nghiên cứu sinh tiến sĩ Junho Lee, đồng tác giả đầu tiên, cho biết thêm, "Mặc dù nghiên cứu này liên quan đến những thách thức hàng ngày thường có vẻ bất khả thi, nhưng chúng tôi được thúc đẩy bởi ý thức mạnh mẽ về sứ mệnh, biết rằng tương lai của quốc gia chúng ta gắn chặt với an ninh năng lượng".
Thông tin thêm: Chol Hyun Kim và cộng sự, Pin betavoltaic dựa trên perovskite mới: Chiến lược cộng hợp kép để tăng cường độ ổn định và hiệu suất của pha α FAPbI3, Chemical Communications (2025). DOI: 10.1039/D4CC05935B
Thông tin tạp chí: Chemical Communications
Do Viện Khoa học và Công nghệ Daegu Gyeongbuk cung cấp
