Nobel Hóa học: Pin sạc lithium-ion đưa thế giới tiếp cận cách mạng công nghệ mới
Giải Nobel hóa học năm nay đã vinh danh ba nhà khoa học Đức, Anh và Nhật vì những cống hiến lớn lao của họ trong từng giai đoạn nghiên cứu, phát minh và phát triển pin sạc lithium-ion.
Ba tác giả đoạt giải Nobel hóa học 2019 (từ trái qua): Akira Yoshino, John B. Goodenough và M. Stanley Whittingham – Ảnh: AP, Binghamton University
Đó là John B. Goodenough, sinh tại Đức và đang làm việc tại Đại học Texas (Mỹ); Stanley Whittingham, sinh tại Anh và đang làm việc tại Đại học Binghamton (Mỹ); và ông Akira Yoshino, sinh tại Nhật, đang làm việc cho Tập đoàn Asahi Kasei và Đại học Meijo ở Nagoya (Nhật Bản). Ông Goodenough là nhà khoa học cao tuổi nhất từ trước tới nay giành giải Nobel (97 tuổi).
“Pin lithium-ion đã cách mạng hóa đời sống của chúng ta. Thông qua công trình nghiên cứu của họ, các chủ nhân giải thưởng Nobel hóa học năm nay đã đặt nền tảng cho một xã hội không dây (wireless), thoát khỏi nhiên liệu hóa thạch.
Thông cáo của Ủy ban Nobel
Sự phổ biến ngày càng rộng rãi của pin lithium-ion trong những năm qua khiến giới quan sát từng nhiều lần đồn đoán việc trao giải Nobel cho các thành tựu góp phần phát triển ra loại pin này chỉ còn là vấn đề thời gian. Thậm chí, trước thềm mùa Nobel năm nay cũng đã có nhiều thông tin đồn đoán về việc này.
Báo Guardian nhận định Nobel hóa học năm nay có thể được xem là một giải thưởng “đại chúng” mà giới quan sát đã mong chờ suốt nhiều năm qua. Pin lithium-ion đã được ứng dụng vào gần như mọi mặt trong cuộc sống hiện nay và là một phần không thể thiếu trong thời đại của công nghệ kỹ thuật số.
“Loại pin sạc mạnh mẽ và trọng lượng nhẹ này ngày nay đang được sử dụng trong mọi thứ từ điện thoại di động đến máy tính xách tay và các thiết bị điện tử. Nó cũng có thể trữ một lượng năng lượng đáng kể từ năng lượng gió, mặt trời, mở ra tiềm năng về một xã hội không dùng nhiên liệu hóa thạch” – Viện hàn lâm Khoa học hoàng gia Thụy Điển cho biết.
Sơ đồ mô tả pin lithium-ion lưu trữ các nguồn năng lượng tái tạo và cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử – Nguồn: Nobel Prize
Tại buổi họp báo công bố giải hôm 9-10, nhà vật lý – hóa học Sara Snogerup Linse, chủ tịch Ủy ban Nobel về hóa học, nhấn mạnh pin lithium-ion với trọng lượng nhẹ mà ba nhà khoa học nghiên cứu phát triển đã giúp đưa thế giới “tiếp cận với một cuộc cách mạng công nghệ mới”.
Trang Quanta Magazine dẫn nhận định của giáo sư Paul Coxon chuyên ngành khoa học vật liệu và luyện kim thuộc Đại học Cambridge đánh giá pin lithium-ion thực sự là những “con ngựa thồ” giấu mặt của kỷ nguyên di động.
“Hơn 2/3 dân số thế giới đang dùng ít nhất một thiết bị di động, hoặc là điện thoại di động, laptop hay máy tính bảng, và gần như tất cả đều hoạt động bằng pin sạc lithium-ion” – ông Coxon nói.
Bà Bonnie Charpentier, chủ tịch Hội Hóa học Mỹ, cho rằng: “Trong bối cảnh đối mặt với các nguy cơ gia tăng từ biến đổi khí hậu cực đoan, việc công bố giải hôm nay cho thấy rõ hơn về việc tính linh động của năng lượng đã giúp tạo ra những tiến bộ chưa từng có trong liên lạc, giao thông và những phương tiện khác để hỗ trợ các phương diện thiết yếu trong đời sống trên toàn thế giới”.
Như vậy, tính đến nay đã có 111 giải Nobel hóa học được trao cho 184 tác giả từ năm 1901 đến 2019, trong đó có 63 giải chỉ trao cho 1 người. Có 5 phụ nữ đã nhận giải Nobel hóa học.
Việt Nam chưa sản xuất pin lithium-ion trọn vẹn
PGS.TS Trần Văn Mẫn
Pin lithium, đặc biệt là pin lithium-ion, là vấn đề rất quan trọng của khoa học hiện đại. Đây là loại pin có tính ứng dụng rất lớn trong đời sống, dùng cho điện thoại, máy tính đến các trạm lưu trữ năng lượng.
Bất kể thực tế ngành công nghiệp pin lithium-ion ngày nay đã phát triển rất mạnh trị giá 40 tỉ USD, thu hút hàng vạn người tham gia nghiên cứu, các công trình được trao giải Nobel hóa học năm nay có thể nói đã đáp ứng đúng nhất di nguyện của ông Alfred Nobel, đó là vinh danh các đóng góp khoa học có giá trị phục vụ nhân loại.
Trên thế giới hiện có nhóm các nước, vùng lãnh thổ dẫn đầu về pin lithium-ion là Mỹ, Nhật, Hàn Quốc, tiếp đó là Đài Loan, Trung Quốc. Ở Việt Nam, chỉ mới có một số doanh nghiệp start-up sản xuất pin lithium-ion trên cơ sở nhập lõi pin từ nước ngoài về, lắp ráp thành phẩm. Trong nước chưa có doanh nghiệp nào có dây chuyền sản xuất pin lithium-ion trọn vẹn từ sản xuất hóa chất cho tới ra sản phẩm pin cuối cùng.
Về tình hình nghiên cứu, tại TP.HCM trong khoảng 10 năm qua, Phòng thí nghiệm hóa lý ứng dụng của ĐH Quốc gia TP.HCM đã triển khai nhiều dự án nghiên cứu và ứng dụng pin lithium-ion.
PGS.TS Trần Văn Mẫn
(trưởng phòng khoa học công nghệ ĐH Khoa học tự nhiên)
Lược sử phát triển pin lithium-ion
TS Nguyễn Đức Nghĩa
Những loại pin trước pin lithium đã tồn tại và phát triển trong một thời gian khá dài: pin chì đã được phát minh vào năm 1859 (hiện nay vẫn được sử dụng như pin khởi động trong xe chạy bằng xăng) và pin niken-cadmium được phát triển từ giữa thế kỷ 20, nhưng những loại pin này đều gây ô nhiễm môi trường khi không còn sử dụng và độc hại cho người tiếp xúc.
Việc phát triển pin lithium đã tiến triển mạnh vào thập niên 1970 với các kết quả nghiên cứu của nhà khoa học Stanley Whittingham, được xem như là người chế tạo pin lithium đầu tiên trên thế giới. Tập đoàn dầu khí Mỹ ExxonMobil đã nhạy bén đánh giá tầm quan trọng của những nghiên cứu của Stanley Whittingham khi các nhà quản lý tập đoàn đã đồng ý tài trợ cho dự án nghiên cứu của Stanley Whittingham chỉ sau 15 phút nghe trình bày dự án.
Cuộc khủng hoảng dầu mỏ sau cuộc chiến giữa Israel và các nước Ả Rập vào giữa những năm 1970 đã là động cơ thúc đẩy John Goodenough tham gia nghiên cứu các nguồn năng lượng thay thế dầu mỏ.
Vào năm 1980, John Goodenough đã tăng sức mạnh và hiệu điện thế của pin lithium lên rất nhiều lần khi chế tạo được các loại pin lithium nhiều lớp với lithium cobalt oxid ở cực âm. Năm 1985, Akira Yoshino thành công trong việc thay lithium nguyên chất bằng các hợp chất chứa ion lithium, an toàn hơn so với lithium nguyên chất.
Khi pin lithium-ion được sạc hoặc sử dụng, các ion sẽ lưu chuyển giữa các điện cực mà không phản ứng với môi trường xung quanh. Do vậy pin có tuổi thọ cao hơn, dung lượng lớn hơn và có thể được sạc hàng trăm lần trước khi hiệu suất của nó bị giảm sút, đã đưa đến việc thương mại hóa pin lithium-ion rộng rãi trên thị trường, được sử dụng rất phổ biến trong các thiết bị điện và điện tử.
Ngày nay, với các viên pin lithium-ion rất nhẹ, có thể sạc lại rất nhiều lần được sử dụng trong mọi thứ, từ điện thoại di động đến máy tính xách tay, xe điện và rất nhiều thiết bị điện tử gia dụng. Pin lithium-ion có thể lưu trữ hiệu quả các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và gió, và hi vọng một ngày không xa con người sẽ không dùng đến nhiên liệu hóa thạch nữa, giảm đáng kể hiệu ứng nhà kính, góp phần làm giảm bớt tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu.
