Loại pin đặc biệt này đã và đang được các nhà nghiên cứu xem xét để sử dụng trong các tàu thăm dò không gian. Loại pin này cũng có tiềm năng điện khí hóa các mỏ hầm lò. Là chất hay vật liêu cứng nhất trên thế giới, kim cương đã được dùng như công cụ công nghiệp và trang sức. Thậm chí có thể được biến đổi thành chất bán dẫn rất tốt. Loại pin sử dụng kim cương nhân tạo sản sinh ra điện khi đặt trong trường phóng xạ.
Bằng cách bọc pin kim cương trong nhôm hoặc các tấm kim loại khác để có thể kiểm soát và ngăn chặn sự phóng xạ thì nó có thể được đưa vào sử dụng. Nơi đầu tiên sản xuất ra viên pin kim cương nguyên mẫu mang màu của kim cương thô là tại NIMS. Đây được xem như một trong những thiết bị bán dẫn đơn giản nhất và để tạo ra điện người ta gắn một màng kim cương mỏng vào đế kim cương.
Nguồn năng lượng khổng lồ
Pin kim cương có khả năng tạo ra điện trong 100 năm đang được xem xét để sử dụng trong các tàu thăm dò vũ trụ và các thiết bị khai thác hầm lò. Những viên pin này sử dụng kim cương nhân tạo để sản sinh ra điện khi được đặt trong trường phóng xạ, Nếu có thể kiểm soát và ngăn chắn sự phóng xạ bằng cách bọc viên pin này trong nhôm hoặc các tấm kim loại tương tự, chúng hoàn toàn có thể được đưa vào sử dụng thương mại một cách an toàn.
Các nhà nghiên cứu
Satoshi Koizumi, người đứng đầu nhóm nghiên cứu Wide Bandgap Semiconductor tại Viện Khoa học. Vật liệu Quốc gia Nhật Bản cho biết: “Đây là một tinh thể tuyệt đẹp. Chúng tôi có thể khai thác được tiềm năng của những viên kim cương này”. Là một trong những vật chất cứng nhất trên thế giới, kim cương được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và thậm chí những viên kim cương còn có thể được biến đổi thành chất bán dẫn. Nhóm nghiên cứu đã sản xuất ra một diode tiếp giáp P-N, một trong những thiết bị bán dẫn đơn giản nhất bằng cách gắn một màng kim cương mỏng vào đế kim cương để tạo ra điện.
Các loại kim loại tích hợp
Pin kim cương, hoặc pin betavoltaic có thể tự tạo ra điện miễn. Chúng được ở trong trường phóng xạ, nơi chúng có thể nhận tia beta từ các đồng vị như carbon-14 và niken-63. Sở dĩ loại pin này có tuổi thọ cao. Được như vậy là bởi carbon-14 và niken-63 chỉ phân hủy một nửa. Và tương ứng trong khoảng thời gian 5.700 năm và 100 năm. Bằng cách sử dụng silic cacbua (SiC), nhiều công ty Mỹ và các công ty khác đã đưa pin betavoltaic vào sử dụng thực tế.
Nhà sản xuất Pin kim cương
Pin kim cương do NIMS sản xuất là thành quả của công nghệ. Là bí quyết mà viện nghiên cứu và phát triển quốc gia Nhật Bản. Họ đã thử nghiệm từ những năm 1990. Tỷ lệ trao đổi nhiệt của vật liệu rơi vào khoảng 28%. Cao nhất thế giới và gần với giới hạn lý thuyết. Mặc dù nhóm NIMS đã sử dụng các electron thay vì tia beta. Đổi mới trong các thiết bị như kính hiển vi điện tử để tạo ra điện. Nhưng họ có kế hoạch sử dụng niken 63 ngay từ bây giờ.
Một trong những vấn đề chính mà các nhà phát triển vẫn chưa giải quyết được. Đó chính là việc tăng hiệu quả sử dụng pin bằng cách tăng sản lượng điện. Hiện tại, những loại pin này chỉ tạo ra điện ở ngưỡng microwatt. Mặc dù vậy, tiềm năng của pin sử dụng vật liệu kim cương tổng hợp là rất lớn. Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Anh và Đại học Bristol. Họ đã tuyên bố vào năm 2020 rằng họ đang nghiên cứu việc sử dụng carbon-14. Sau một đồng vị thường tồn tại trên bề mặt than chì. Đây là một trong những quá trình sản xuất điện hạt nhân. Chúng có thể được lấy sau khi nhà máy điện hạt nhân bị tháo dỡ.
Sự phát triển của ngành công nghiệp
Vương quốc Anh đang xem xét việc tháo dỡ các nhà máy này để sản xuất pin kim cương. Mặc dù không có thông tin chi tiết về kế hoạch.Nhưng nếu nó thành công, nó sẽ có thể tạo ra điện trong hàng nghìn năm. Pin kim cương có khả năng chịu nhiệt cao. Có cấu tạo đơn giản hơn và an toàn hơn. Nhà nghiên cứu Koizumi đến từ NIMS cho biết: “Chúng thậm chí có thể hoạt động ở nhiệt độ cao và có thể được sử dụng trong các thiết bị vũ trụ, đầu dò khoáng sản và các thiết bị khác”. Việc nghiên cứu pin kim cương mang lại cơ hội to lớn cho ngành năng lượng và vũ trụ trong tương lai.
Pin Kim cương sử dụng chất thải hạt nhân
Nhóm của Scott phát triển pin kim cương thử nghiệm sử dụng đồng vị không ổn định của nickel (nickel-63). Nickel-63 có chu kỳ bán rã xấp xỉ 100 năm, cho phép thiết bị pin thử nghiệm. Nó duy trì khoảng một nửa lượng điện trong 100 năm. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đang hướng đến loại nguyên liệu có thời gian sử dụng lâu hơn là đồng vị carbon-14.
Thế hệ lò phản ứng hạt nhân Magnox đầu tiên tại Anh, được đưa vào vận hành. Khoảng thời gian từ những năm 1950 đến 1970. Đã sử dụng những khối than chì lớn để duy trì phản ứng hạt nhân. Trong quá trình sử dụng, những khối than chì dần trở nên nhiễm xạ, tạo ra đồng vị carbon không ổn định là carbon-14.
Lò phản ứng Magnox cuối cùng đóng cửa vào năm 2015. Sau nhiều thập kỷ hoạt động, nó để lại một lượng rác thải hạt nhân khổng lồ. Hiện nay, 95.000 tấn than chì đang được bảo quản an toàn và giám sát chặt chẽ, vẫn còn độ phóng xạ mạnh. Thời gian để chúng phân rã hết rất lâu vì carbon-14 có chu kỳ bán rã là 5.730 năm. Với công nghệ nhóm của Scott đề xuất, những viên pin carbon-14 có tiềm năng to lớn.