Pin hạt nhân Zhulong-1: Đột phá công nghệ pin hoạt động hơn một thế kỷ

Nhóm nghiên cứu tại Đại học Sư phạm Tây Bắc, tỉnh Cam Túc (Trung Quốc) đã công bố loại pin hạt nhân Zhulong-1 vào ngày 13 tháng 3 năm 2026 với khả năng hoạt động liên tục hơn một thế kỷ mà không cần sạc. Ông Cai Dinglong, trưởng dự án, khẳng định pin này có thể duy trì hiệu suất ổn định ngay cả trong điều kiện môi trường khắc nghiệt nhất như vùng cực lạnh giá hoặc biển sâu, mở ra cơ hội ứng dụng cho các thiết bị y tế, tàu vũ trụ và hệ thống cảm biến ở những nơi con người khó tiếp cận.

Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của pin hạt nhân Zhulong-1

Pin Zhulong-1 sử dụng công nghệ năng lượng hạt nhân dựa trên phản ứng phân hạch của các đồng vị phóng xạ, chuyển đổi trực tiếp năng lượng hạt nhân thành điện năng mà không cần qua quá trình nhiệt trung gian như các nhà máy điện hạt nhân truyền thống. Cấu tạo chính bao gồm một lõi hạt nhân nhỏ chứa vật liệu phóng xạ (thường là plutonium-238 hoặc americium-241), bộ chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng (thường dùng hiệu ứng Seebeck trong thermoelectric generator), và lớp vỏ bảo vệ đa lớp ngăn chặn rò rỉ bức xạ. Điểm khác biệt so với pin lithium-ion là Zhulong-1 không phụ thuộc vào phản ứng hóa học nên không bị suy giảm dung lượng theo chu kỳ sạc-xả, giúp pin hoạt động liên tục trong nhiều thập kỷ.

Phản ứng hạt nhân diễn ra ổn định trong lõi pin giải phóng năng lượng nhiệt liên tục, bộ chuyển đổi thermoelectric sẽ chuyển hóa nhiệt này thành điện năng với hiệu suất khoảng 5-7%. Tuy nhiên, do vật liệu hạt nhân có mật độ năng lượng cực cao nên ngay cả với hiệu suất chuyển đổi thấp, Zhulong-1 vẫn cung cấp đủ năng lượng cho nhiều thiết bị trong suốt vòng đời của nó. Các nhà nghiên cứu đã tối ưu hóa thiết kế bộ chuyển đổi để tối đa hóa hiệu suất trong khi vẫn giữ kích thước tổng thể nhỏ gọn, phù hợp với các ứng dụng không gian hoặc y tế.

Thông số kỹ thuật vượt trội so với pin lithium-ion truyền thống

Mật độ năng lượng của Zhulong-1 cao hơn 10 lần so với các loại pin lithium-ion thông dụng hiện nay. Con số này có nghĩa là với cùng một thể tích, Zhulong-1 có thể chứa lượng năng lượng gấp 10 lần, cho phép thiết bị hoạt động lâu hơn nhiều hoặc pin có thể được thiết kế nhỏ hơn đáng kể. Trong khi pin lithium-ion tiêu chuẩn có mật độ năng lượng khoảng 250-270 Wh/kg thì Zhulong-1 có thể đạt 2.500-3.000 Wh/kg, mức hiệu suất mà các công nghệ pin hóa học hiện tại không thể đạt được.

Dải nhiệt độ hoạt động của Zhulong-1 từ âm 100 độ C đến 200 độ C, dải nhiệt rộng hơn hẳn so với pin lithium-ion chỉ hoạt động ổn định trong khoảng -20°C đến 60°C. Điều này giúp Zhulong-1 có thể sử dụng trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt như không gian vũ trụ, địa cực, hoặc sâu dưới đáy biển mà không cần hệ thống làm mát hay sưởi phức tạp. Tỷ lệ suy giảm hiệu suất của Zhulong-1 chỉ dưới 5% trong suốt 50 năm tuổi thọ thiết kế, trong khi pin lithium-ion thường mất 20-30% dung lượng sau 2-3 năm sử dụng. Khi được thiết kế hoạt động trong 50 năm, thực tế Zhulong-1 có thể duy trì hiệu suất trên 50% sau hơn một thế kỷ, một kỷ lục chưa từng có trong lịch sử công nghệ pin.

Ứng dụng trong y tế, không gian và môi trường khắc nghiệt

Trong lĩnh vực y tế, Zhulong-1 có thể cấp điện cho máy tạo nhịp tim cấy ghép, bơm insulin tự động và các thiết bị y tế cài đặt trong cơ thể người. Với tuổi thọ hơn 100 năm, người dùng chỉ cần cài đặt một lần trong suốt cuộc đời thay vì phải phẫu thuật thay pin mỗi 5-10 năm như hiện nay. Máy tạo nhịp tim chạy bằng Zhulong-1 sẽ không cần thay pin, giảm thiểu nguy cơ viêm nhiễm và chi phí y tế cho bệnh nhân. Đây là tiến bộ quan trọng, đặc biệt với những bệnh nhân cao tuổi hoặc ở các khu vực y tế khó tiếp cận.

Trong ngành không gian, Zhulong-1 có thể thay thế hoặc bổ sung cho các nguồn năng lượng hạt nhân hiện nay như RTG (Radioisotope Thermoelectric Generator) đang dùng trên tàu thám hiểm Curiosity của NASA. Kích thước nhỏ hơn và mật độ năng lượng cao hơn giúp Zhulong-1 phù hợp cho các vệ tinh nhỏ (cubesats), tàu thám hiểm không gian, và trạm không gian tương lai. Các trạm nghiên cứu ở Nam Cực hoặc Bắc Cực cũng có thể sử dụng Zhulong-1 làm nguồn điện chính cho các thiết bị giám sát khí hậu, máy đo địa chấn và hệ thống liên lạc, nơi việc vận chuyển nhiên liệu hóa thạch hoặc thay pin thường xuyên là bất khả thi.

Zhulong-2: Thế hệ tiếp theo với kích thước chỉ bằng đồng xu

Nhóm nghiên cứu tại Đại học Sư phạm Tây Bắc đang phát triển Zhulong-2, thế hệ pin hạt nhân thứ hai dự kiến ra mắt vào cuối năm 2026 hoặc đầu năm 2027. Mục tiêu chính của Zhulong-2 là tối ưu hóa chi phí sản xuất và giảm kích thước xuống chỉ tương đương một đồng xu (đường kính khoảng 18mm, dày 1.5mm). Kích thước này cho phép Zhulong-2 ứng dụng cho các thiết bị đeo (wearables), điện thoại thông minh, thậm chí là cảm biến IoT siêu nhỏ.

Việc giảm kích thước đồng thời với việc duy trì mật độ năng lượng cao đòi hỏi sự đột phá trong công nghệ chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng và vật liệu chứa hạt nhân. Ông Cai Dinglong cho biết nhóm đang nghiên cứu các vật liệu thermoelectric thế hệ mới với hiệu suất cao hơn và thiết kế vi mô hóa toàn bộ hệ thống. Nếu thành công, Zhulong-2 sẽ mở ra kỷ nguyên mới cho các thiết bị di động không bao giờ cần sạc, thay đổi hoàn toàn thói quen sử dụng điện thoại, đồng hồ thông minh và thiết bị đeo của người dùng toàn cầu. Chi phí sản xuất dự kiến cũng giảm 40-50% so với Zhulong-1 nhờ quy trình chế tác tự động hóa và vật liệu rẻ hơn.

Lưu ý về an toàn và quy định khi sử dụng pin hạt nhân

Mặc dù Zhulong-1 và Zhulong-2 có lớp vỏ bảo vệ đa lớp ngăn chặn rò rỉ bức xạ, việc sử dụng pin hạt nhân vẫn phải tuân thủ các quy định nghiêm ngặt về an toàn hạt nhân. Các tổ chức như Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) và các cơ quan giám sát hạt nhân quốc gia sẽ yêu cầu chứng nhận an toàn trước khi cho phép ứng dụng thương mại. Việc sản xuất, vận chuyển và xử lý pin khi hết vòng đời phải theo quy trình đặc biệt, tránh nguy cơ rò rỉ vật liệu phóng xạ ra môi trường.

Người tiêu dùng thông thường có thể sẽ không được tiếp cận trực tiếp pin hạt nhân trong vài năm tới do các rào cản quy định. Thay vào đó, các thiết bị tích hợp Zhulong-1/2 sẽ do các nhà sản xuất được cấp phép bán ra thị trường. Mức giá dự kiến của các thiết bị này sẽ cao hơn đáng kể so với sản phẩm sử dụng pin truyền thống, ít nhất trong giai đoạn đầu. Tuy nhiên, với chi phí vận hành gần như bằng 0 trong suốt vòng đời sản phẩm, tổng chi phí sở hữu thực tế có thể thấp hơn khi tính toán theo thời gian dài.

Câu hỏi thường gặp

Pin hạt nhân Zhulong-1 có an toàn cho con người không?

Lớp vỏ bảo vệ đa ngăn chặn rò rỉ bức xạ, Zhulong-1 đạt chuẩn an toàn hạt nhân quốc tế trước khi thương mại hóa.

Khi nào Zhulong-1 có mặt trên thị trường?

Dự kiến Zhulong-2 (phiên bản thương mại) sẽ ra mắt cuối năm 2026 hoặc đầu năm 2027 sau khi hoàn tất thử nghiệm và cấp phép.

Zhulong-1 có thể dùng cho điện thoại không?

Phiên bản hiện tại quá lớn, nhưng Zhulong-2 với kích thước bằng đồng xu có thể ứng dụng cho điện thoại trong tương lai.

Giá của thiết bị dùng Zhulong-1 cao hơn bao nhiêu so với pin thường?

Thiết bị tích hợp pin hạt nhân sẽ đắt hơn 3-5 lần ban đầu nhưng tiết kiệm chi phí thay pin trong dài hạn.

Zhulong-1 có cần bảo trì không?

Không cần bảo trì hoặc sạc trong suốt vòng đời 50+ năm, hoạt động tự động và liên tục sau khi kích hoạt.

Khám Phá

AI công sở: Khi trí tuệ nhân tạo trở thành công cụ thay thế nhân viên - Cơ hội hay thách thức?

Công nghệ AI: Giải pháp đột phá cho trải nghiệm nhân viên xuất sắc trong doanh nghiệp

Trung tâm dữ liệu Khu Công nghệ cao TP.HCM: Điểm đến mới cho doanh nghiệp công nghệ hiện đại

Công nghệ AI trên camera, công nghệ chụp hình hiện đại nhất hiện nay.

Smartphone flagship 2026: Pin khủng, camera 200 MP và công nghệ đỉnh cao