Interesting Engineering hôm 20/8 đưa tin nhóm nghiên cứu đứng đầu là tiến sĩ Haisheng San, giáo sư tại Đại học Hạ Môn và tiến sĩ Xin Li, nhà nghiên cứu tại Viện Năng lượng Nguyên tử Trung Quốc, đặt mục tiêu cải thiện hiệu suất pin trong môi trường khắc nghiệt. Theo họ, hệ thống năng lượng thông thường như pin hóa học, pin nhiên liệu và pin quang điện, đặc biệt là hệ thống sử dụng trong không gian hoặc cơ sở hạ tầng dưới biển sâu, khó đạt độ tin cậy cao trong dài hạn. Chúng không đáp ứng được các yêu cầu hoạt động khắt khe như độ bền lâu dài, hoạt động không cần bảo trì và duy trì liên tục. Nhằm giải quyết những thách thức này, các nhà nghiên cứu phát triển tế bào quang điện - vô tuyến strontium-90 (RPVC) dựa trên cấu trúc tập trung ánh sáng dạng sóng dẫn (WLC).
Thiết kế sáng tạo của họ tích hợp sóng dẫn phát sáng GAGG: Ce (gadolinium aluminum gallium garnet pha cerium) xếp chồng nhiều lớp với đồng vị phóng xạ strontium-90. GAGG: Ce là chất nhấp nháy tinh thể đơn được biết đến với khả năng phát hiện photon. Đây là một trong những nhấp nháy sáng nhất hiện có với đỉnh phát xạ ở mức 520 nanomet (nm). Hệ thống này chuyển đổi năng lượng phóng xạ thành ánh sáng hướng vào tế bào quang điện để tạo ra điện.
Trong thử nghiệm, một đơn vị RPVC đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng 2,96%, cao hơn đáng kể so với những thiết kế RPVC có sẵn. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu thu được công suất 48,9 microwatt (μW) từ một đơn vị và phiên bản đa module đạt mức 3,17 milliwatt (mW). Nguyên mẫu cũng cung cấp dòng điện mạch ngắn 2,23 milliampe (mA) và điện áp mạch hở 2,14 volt (V).
Các nhà nghiên cứu mô phỏng quá trình sử dụng lâu dài bằng cách chiếu xạ RPVC bằng chùm electron tương đương với 50 năm phơi nhiễm bức xạ, thiết bị chỉ giảm 13,8% hiệu suất quang học. Theo họ, RPVC dựa trên WLC có thể đạt cả công suất cao và độ ổn định lâu dài ở mức xuất sắc, đánh dấu bước tiến đáng kể trong thúc đẩy ứng dụng pin hạt nhân. Hệ thống giảm thiểu thất thoát năng lượng bằng cách tập trung trực tiếp ánh sáng từ chất nhấp nháy vào tế bào quang điện mà không cần bộ phận chuyển động hoặc nguồn năng lượng ngoài.
Trong tương lai, nhóm sẽ tìm cách giải quyết những thách thức về sản xuất hàng loạt và giảm chi phí đồng vị phóng xạ strontium-90. Họ mô tả kết quả nghiên cứu trên tạp chí Light: Science & Applications.
An Khang (Theo Interesting Engineering)