Công nghệ pin hạt nhân hoạt động dựa trên việc khai thác năng lượng từ sự phân rã của đồng vị phóng xạ, thường là carbon-14 hoặc nickel-63. Khi các hạt beta phát ra từ quá trình phân rã, chúng được thu nhận và chuyển đổi thành dòng điện. Để đảm bảo an toàn, lớp vỏ của pin được chế tạo từ kim cương nhân tạo, giúp cách ly hoàn toàn phóng xạ với môi trường bên ngoài. Công nghệ này không chỉ kéo dài thời gian sử dụng mà còn giúp giảm thiểu tác động đến môi trường.

Loại pin mới cũng chứa carbon phóng xạ ở cực dương nhạy cảm với thuốc nhuộm và cực âm. Bằng cách xử lý cả hai điện cực với đồng vị phóng xạ, nhóm nghiên cứu tăng lượng tia beta tạo ra và giảm thất thoát năng lượng bức xạ beta liên quan tới khoảng cách giữa hai cấu trúc.

Trong khi thử nghiệm nguyên mẫu pin, nhóm nghiên cứu nhận thấy tia beta giải phóng từ carbon phóng xạ ở cả hai điện cực kích thích thuốc nhuộm ruthenium ở cực dương sản sinh thác điện tử, được thu thập bởi lớp titan dioxide và truyền qua mạch ngoài, cung cấp điện khả dụng.

So sánh với thiết kế trước đây chỉ chứa carbon phóng xạ ở cực âm, loại pin mới có hiệu suất biến đổi năng lượng cao hơn nhiều, tăng từ 0,48% lên 2,86%. Loại pin hạt nhân tồn tại lâu bền này có thể hỗ trợ nhiều ứng dụng, ví dụ máy tạo nhịp tim hoạt động cả đời, loại bỏ nhu cầu phẫu thuật thay thế. Các nhà nghiên cứu đang nỗ lực tối ưu hóa phát sinh và hấp thụ tia beta, qua đó tăng cường hiệu suất của pin.

So với pin lithium-ion truyền thống, pin hạt nhân có ưu điểm vượt trội về tuổi thọ và khả năng hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt. Một viên pin hạt nhân có thể hoạt động từ 10 đến 100 năm mà không cần sạc, phù hợp cho các thiết bị cấy ghép y tế, vệ tinh không gian, hoặc cảm biến trong môi trường cực đoan. Bên cạnh đó, vì không cần bảo trì hay thay thế thường xuyên, loại pin này giúp giảm đáng kể chi phí vận hành cho các hệ thống sử dụng lâu dài.

Hiện tại, nhiều công ty công nghệ trên thế giới đang chạy đua trong cuộc đua phát triển pin hạt nhân thương mại. Một số nguyên mẫu đã được thử nghiệm thành công, và giới chuyên gia dự đoán sản phẩm này sẽ sớm xuất hiện trên thị trường. Mặc dù còn một số thách thức liên quan đến chi phí sản xuất và quy trình xử lý an toàn, tiềm năng của pin hạt nhân trong tương lai là không thể phủ nhận. Đây có thể là một bước tiến quan trọng giúp giải quyết vấn đề năng lượng trong thế kỷ 21, mở ra cơ hội mới cho nhiều ngành công nghiệp.

T/H