Chủ nhân giải chính VinFuture từng không được đón nhận vì đi trước thời đại

GS Stanley Wittingham (82 tuổi), Đại học Binghamton, Đại học bang New York, Mỹ, là một trong 4 nhà khoa học nhận Giải chính VinFuture Grand Prize trị giá 3 triệu USD (tương đương 73 tỷ đồng), với phát minh kiến tạo nền tảng bền vững cho năng lượng xanh thông qua việc sản xuất pin mặt trời và lưu trữ bằng pin Lithium-ion.

Giáo sư Stanley Wittingham đã phát minh ra nguyên lý hoạt động của pin Lithium-ion và xác định vai trò của ion Lithium như một chất mang điện tích hiệu quả. Đóng góp của ông rất quan trọng cho sự phát triển của pin lithium-ion, loại pin được sử dụng trong mọi thứ, từ điện thoại di động, laptop đến xe điện.

Trước khi pin lithium-ion ra đời, hai loại pin phổ biến thế giới gồm pin sử dụng axit và kiềm. Hạn chế của các loại pin này là nguồn năng lượng tạo ra thấp. Pin sử dụng kiềm và nikel cực kỳ độc hại, đến mức ngày nay nó không còn được sử dụng ở các không gian công cộng. Trong khi pin axit có độ độc hại thấp hơn, song việc tái chế, tái sử dụng khó khăn. Pin lithium-ion năng lượng diện tích nhỏ hơn nhưng năng lượng mang lại lớn gấp 5 lần và 99% có thể tái chế được, đây là điểm khác biệt.

Thế nhưng vào khoảng năm 1974 Stanley Wittingham cùng nhóm nghiên cứu đã tạo ra được phiên bản pin Lithium-ion đầu tiên, có khả năng lưu trữ năng lượng. Thế nhưng “chưa được đón nhận, có thể sản phẩm của chúng tôi ra đời sớm quá, đi trước thời đại sớm quá”, ông kể và tiết lộ thêm từng nghỉ 8-10 năm vì không được “để mắt”.

Ông thẳng thắn, ban đầu loại pin này chủ yếu được sử dụng trong các hộp đen, một số loại đồng hồ. Sau này, một số nhà sản xuất lớn nhận thấy đó là công nghệ cần thiết. Như hãng Sony mong muốn sử dụng công nghệ này để có thể tích hợp trong sản phẩm của mình và tìm đến ông, kể từ đó loại pin này mới được biết đến rộng hơn.

Đóng góp của ông là phát hiện ra việc giữ các ion lithium giữa các tấm titan sunfua sẽ tạo ra điện, do đó đã tận dụng năng lượng khổng lồ của lithium để giải phóng electron lớp ngoài. GS Stanley giải thích, công nghệ pin quan trọng là lưu trữ được năng lượng và sạc được nhanh. Đây là đặc điểm mọi người đều muốn. Cơ chế của công nghệ pin này hiểu đơn giản giống như bánh kẹp sandwich có các lớp, ở giữa là hợp chất lithium, khi muốn sạc thì hút lithium ra sạc, sau đó đẩy quay trở lại vào các tầng đó.

Ông là người tiên phong nghiên cứu khái niệm xen kẽ điện cực. Ông cũng tập trung cải thiện sự ổn định cấu trúc và số lượng chu kỳ của pin, thông qua việc áp dụng các phản ứng xen kẽ đa electron để nâng cao tính ổn định và dung lượng của chúng.

Từ 6-8 thành viên cốt lõi ban đầu, nhóm nghiên cứu của giáo sư mở rộng dần lên tới gần 30 người, những cộng sự từ nhà vật lý, nhà khoa học vật chất. Song ông Stanley bảo con đường nghiên cứu không phải lúc nào cũng suôn sẻ, có thời gian nghiên cứu về pin không còn là chủ đề nóng nữa.

Thế nhưng giờ đây, pin lithium-ion đã được ứng dụng ở tất cả những thứ cần pin để vận hành, từ điện thoại, đồng hồ hay máy tính đến xe cộ, phương tiện, hay lớn hơn là các công ty sản xuất điện năng lượng mặt trời, năng lượng gió. “Đáng ra tôi nghỉ hưu 20 năm trước nhưng ngờ đâu hôm nay vẫn ngồi đây, thấy rằng ngày càng nhiều xe điện dùng pin, như VinFast có ôtô điện, buýt điện, xe máy điện”, ông nói.

Nhờ công trình phát triển pin lithium đầu tiên, GS Stanley Whittingham được nhận giải thưởng Nobel Hóa học năm 2019, chia sẻ giải thưởng cùng GS John Goodenough (Đại học Texas) và GS Akira Yoshino (Đại học Meijo). Theo Quỹ Nobel, pin lithium-ion đã cách mạng hóa đời sống con người từ khi gia nhập thị trường vào năm 1991, đặt nền móng cho xã hội không dây và không nhiên liệu hóa thạch. Sự phát triển của pin lithium-ion cũng giúp các phương tiện hoạt động bằng điện trở nên khả thi, đồng thời thúc đẩy giao tiếp không dây phát triển mạnh.

Ông đùa rằng bản thân không còn đủ thời gian để kiểm nghiệm liệu pin lithium có đang là “anh hùng giải cứu trái đất” trước vấn nạn môi trường hay không. Song cho hay dành nhiều quan tâm liên quan tính bền vững trong lĩnh vực pin và môi trường suốt cuộc đời làm khoa học. Pin sản xuất ra làm sao cũng phải sử dụng ít năng lượng hơn, việc vận chuyển hàng nghìn dặm từ nước này sang nước khác cũng sử dụng năng lượng rất nhiều, do đó ông hy vọng các khu vực, các nước đều có thể tự sản xuất pin lithium.

Trước câu hỏi pin lithium sử dụng nhiều kim loại hiếm có thể cạn kiệt, GS Stanley Whittingham nói họ hướng tới không dùng các loại kim loại sử dụng lao động trẻ em để khai thác. Với Nikel còn sử dụng phổ biến, photphat có mật độ năng lượng thấp nhưng rẻ hơn nên đang tập trung đẩy mạnh. Ông cũng chỉ ra thực tế nếu các chất bán dẫn được sử dụng hiệu quả sẽ cần dùng ít pin hơn. “10 năm trước chúng ta dùng máy tính thường thấy máy nóng rực lên, giờ đây ít thấy hiện tượng này vì các chất bán chất trong máy tính vận hành hiệu quả hơn rất nhiều”, ông nói.

Stanley Whittingham hiện đảm nhiệm vai trò giáo sư tại Đại học Binghamton, kể từ khi gắn bó vào năm 1988. Nhóm nghiên cứu nơi ông công tác có các nhà khoa học có thâm niên và cũng tìm kiếm những nhà nghiên cứu trẻ, ông hy vọng có thể kết nối. Lần thứ ba đến Việt Nam, ông nêu hai lời khuyên cho các nhà khoa học trẻ trong đó luôn luôn nghiên cứu vấn đề gì mình quan tâm và hứng thú, đừng quá chú trọng đến vấn đề tiền. Hai là cần phải chịu khó đầu tư vào lĩnh vực khó khăn, với tâm lý chịu được rủi ro, đừng quá bảo thủ.

Như Quỳnh