Pin lithium-ion ra đời đã 30 năm, nhận giải Nobel Hóa học 2019

Ba nhà khoa học: John B Goodenough, M Stanley Whittingham và Akira Yoshino đã được vinh danh tại buổi lễ trao giải Nobel Hóa học 2019 cho những cải tiến pin lithium-ion, qua đó góp phần đưa thế giới tiếp cận với một cuộc cách mạng công nghệ mới.

Theo thông cáo của Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển hôm 9/10, John B Goodenough thuộc Đại học Texas tại Austin (Mỹ), M Stanley Whittingham tại Đại học Binghamton (Anh) và Akira Yoshino thuộc Đại học Meijo (Nhật Bản) sẽ cùng chia nhau giải Nobel Hóa học có giá trị hơn 900.000 USD.

Pin lithium-ion, với trọng lượng nhẹ và kích thước nhỏ gọn hơn các loại pin trước đây, từ lâu đã góp phần quan trọng trong việc phát triển thế giới công nghệ, ứng dụng vào gần như mọi mặt trong cuộc sống hiện nay, từ điện thoại di động cho đến laptop, xe điện…

Theo Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển, ba chủ nhân giải thưởng Nobel hóa học 2019 đã đặt nền móng cho một xã hội “không dây”, thoát khỏi nhiên liệu hóa thạch và qua đó giúp mang lại lợi ích to lớn cho con người.

“Pin của [xe điện] giờ đây không còn nặng tới 2 tấn, thay vào đó là 300kg,” Giáo sư Sara Snogerup Linse, thành viên của ủy ban Nobel về hóa học cho biết. “Nó có thể lưu trữ năng lượng từ các nguồn tái tạo như mặt trời, gió, từ đó mở ra tiềm năng tiêu thụ năng lượng bền vững.”

Người nhận giải Nobel cao tuổi nhất

Ở tuổi 97, ông Goodenough là nhà khoa học lớn tuổi nhất từng nhận giải Nobel.

Trong cuộc phỏng vấn trên tờ The Times (Mỹ) hồi tháng 6 vừa qua, ông Goodenough cho biết tại thời điểm cùng các cộng sự phát triển pin lithium, ông không lường hết được tác động của nó tới thế giới. “Tôi không biết những kỹ sư điện sẽ làm gì với loại pin này. Tôi không thể đoán được những phát minh như điện thoại di động, máy quay phim và đủ thứ khác trên đời.”

Ngày 9/10, ông Goodenough cũng nhận một niềm vui khác – huy chương Copley danh giá tại Hội Hoàng gia tại London vì những thành tựu xuất chúng trong nghiên cứu khoa học.

Ông đã ngủ trưa qua mất buổi thông báo của ủy ban Nobel, và chỉ biết mình nhận giải khi một nữ đồng nghiệp, giáo sư Maria Helena Braga báo cho biết. Bà đã chạy vào phòng và la lên: “Dậy mau, dậy mau, ông đã được trao giải Nobel!” Bà nói: “Tôi phải cho ông ấy xem điện thoại khoảng 20 lần thì ông mới chịu tin.”

Sau khi “tiêu hóa” xong tin tức này, ông Goodenough xuất hiện trong một buổi thông cáo báo chí và cho biết, mặc dù ông không theo đuổi cũng như kỳ vọng được giải Nobel, ông “rất vui.” “Cuộc đời đầy những bất ngờ,” ông đùa rằng ở tuổi của mình, giải thưởng này “cũng không tạo ra nhiều sự khác biệt.”

>> 8 điều cần tu dưỡng để trở thành người có hậu phúc khi về già

Ở tuổi 97, ông vẫn “Good-enough” để làm việc ở phòng thí nghiệm mỗi ngày. Ông cho biết bản thân không hề tiếc vì đã bỏ qua cả gia tài khi khám phá ra thứ thúc đẩy cả cuộc cách mạng điện tử cầm tay. “Tôi không thực sự quan tâm nhiều về tiền bạc,” ông nói. “Trong mọi thứ tôi từng làm, rốt cuộc các luật sư đều ẵm tất cả số tiền.”

Quá trình phát minh ra pin lithium-ion

Nguyên lý hoạt động của pin là biến hóa năng thành điện năng. Một cục pin thông thường có 2 cực – cực âm và cực dương – ngâm trong một dung dịch cho phép các hạt mang điện tích đi qua.

2 cực sẽ được nối vào một mạch điện. Khi cục pin cung cấp năng lượng cho một thiết bị điện, các electron sẽ di chuyển trong mạch điện từ cực dương sang cực âm, còn các ion điện tích dương sẽ di chuyển qua dung dịch điện giải. Đối với pin sạc, năng lượng từ thiết bị sạc có thể đảo ngược quá trình trên.

Pin sạc đã xuất hiện từ thập niên 1970 nhưng chúng còn nhiều khuyết điểm, một trong đó là khả năng lưu trữ kém. Người ta cho rằng chất liti (lithium) có thể là câu trả lời, vì nó là kim loại rất nhẹ mà lại dễ dàng mất đi một electron. Tuy nhiên, tính dễ phản ứng của lithium làm cho người ta khó kiểm soát được nó.

Những năm 1970 trong cuộc khủng hoảng giá dầu, nhà khoa học Stanley Whittingham bắt đầu nghiên cứu lithium để giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Ông đã phát triển pin lithium đầu tiên trên thế giới, dùng lithium kim loại làm cực dương và ion lithium trong titan đisunfit (TiS2) làm cực âm. Tuy nhiên, pin của ông dễ bị phát nổ. Để tăng tính an toàn, Whittingham đã kết hợp lithium kim loại và nhôm làm cực dương.

Ông John Goodenough tại Đại học Oxford đã tìm ra cách tăng gấp đôi điện thế của pin lithium vào năm 1980 bằng cách sử dụng oxit coban ở cực âm thay cho TiS2, từ đó tạo ra một loại pin mạnh và hữu dụng hơn rất nhiều.

Nhà khoa học Akira Yoshino của Nhật tạo ra pin lithium-ion đầu tiên có thể thương mại hóa vào năm 1985. Pin của ông bao gồm các ion và electron lithium bao phủ trong than cốc dầu mỏ (petroleum coke). Điều này làm cho pin trở nên an toàn và dễ sử dụng hơn là lithium kim loại.

>> Vì quá kỹ lưỡng, phần lớn chúng ta đều đang sạc pin sai cách

Theo tờ The Guardian (Anh), giải Nobel Hóa học trao cho pin lithium-ion năm nay đã được giới quan sát kỳ vọng đã lâu. “Pin lithium-ion đáng kinh ngạc tới mức mặc dù đã 30 năm tuổi, chúng vẫn chưa bị lu mờ bởi một công nghệ pin tốt hơn trong hiện tại, điều này làm bạn nhận ra đó là một công nghệ đáng chú ý tới mức nào,” Giáo sư Mark Miodownik, chuyên gia vật liệu tại Đại học College London cho biết.