14-10-2019, 12:31

Nhìn lại hành trình phát triển đầy khó khăn của pin Lithium-ion

Để có được những viên pin lithium-ion ngày hôm nay là một cuộc hành trình đầy khó khăn bắt đầu từ khoảng 40 năm về trước, nhưng đây lại là một cuộc cách mạng lớn cho ngành công nghệ và năng lượng của nhân loại.

Bắt đầu từ 40 năm về trước, tức là vào khoảng những năm 70 khi mà cuộc khủng hoảng dầu mỏ đang leo thang. Lúc đó M Stanley Whittingham, một nhà khoa học đang nghiên cứu về công nghệ năng lượng mới không phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, ví dụ như dầu mỏ và than đá. Trong khi ông nghiên cứu, Stanley đã phát hiện ra một loại vật liệu có tên titanium sulphide. Vật liệu này sau đó kết hợp với kim loại liti thuần được dùng để chế tạo cực âm, cực dương sử dụng trong pin lithium.

Nhìn lại hành trình phát triển đầy khó khăn của pin Lithium-ion

Tuy nhiên bản thân liti là một loại vật liệu có tính chất hoạt động mạnh, nên khi tiếp xúc với không khí sẽ dễ dàng xảy ra các phản ứng hóa học rất nguy hiểm. Chính vì lẽ đó mà sáng kiến sử dụng liti thuần để làm cực dương của pin đã bị bác bỏ. Nhưng J. O. Besenhard đến từ Đại học Munich đã phát hiện ra được tính chất trao đổi ion thuận nghịch giữa than chì và cathode bằng oxit kim loại.

Nhờ vào các phát hiện đó của Stanley và Besenhard, đến năm 1979 thì nhà khoa học John B Goodenough và cộng sự Koichi Mizushima tiếp tục có thêm những bước tiến nữa trong việc phát triển các viên pin. Cả hai đã cùng nhau chế tạo ra được một pin sạc sử dụng Liti Cobalt Oxit (LiCoO2) có khả năng tạo ra dòng điện 4V, sử dụng nó làm cực dương còn cực âm sử dụng liti thuần. Bằng cách sử dụng LiCoO2 đã mở ra một triển vọng mới cho công nghệ pin và đặc biệt là pin có thể sạc lại nhờ vào tính chất của nó là một chất dẫn điện tích dương ổn định.

Cho đến năm 1985, tiếp tục kế thừa những gì mà Goodenough và Mizushima để lại thì nhà khoa học Nhật Bản Akira Yoshino cũng phát triển một nguyên mẫu pin đầu tiên có khả năng được thương mại hóa. Bằng cách thay thế kim loại liti sử dụng làm cực dương bằng ion lithium từ “than cốc dầu mỏ. Các “than cốc dầu mỏ” là một sản phẩm phụ giống như than của quá trình lọc dầu, bằng cách sử dụng nguyên liệu mới này, khả năng dễ cháy của các viên pin sử dụng thuần lithium đã được giảm bớt đi và Yoshino cũng đã đăng ký bằng sáng chế cho mình.

Nhưng mãi tới năm 1991, những viên pin lithium-ion sử dụng cho thương mại mới bắt đầu xuất hiện và đến từ Sony. Khi đó, nó đã thành công một cách khó tin với 3 triệu viên pin bán được vào năm 1993, tới 15 triệu viên pin chỉ sau đó một năm sau và từ đó mở ra một thời đại công nghệ mới.

Kể từ đó đến nay thì công nghệ pin vẫn đang được phát triển không ngừng. Tuy nhiên có thể nói chúng ta đã đi đến “cực đại” khi mà các công nghệ khác đang phát triển rất nhanh còn công nghệ pin vẫn cứ rất chậm rãi. Việc này dẫn đến hiện tượng các smartphone ngày này rất dễ hết pin và mau hư pin, khác với các điện thoại feature vào những năm 90 và 2000. Nhưng nhà khoa học John Goodenough mặc dù đã 95 tuổi vào năm 2017, nhưng ông vẫn đang nghiên cứu một loại pin mới hơn đem đến chất lượng gấp nhiều lần so với các viên pin lithium-ion.

Cuộc cách mạng phát triển pin là một bước tiến quan trọng, mặc dù nó không đi nhanh như những công nghệ khác nhưng những gì nó đem đến là một trong những thứ sẽ đánh dấu sự thay đổi của công nghệ và nhân loại. Những nhà phát triển đều đáng được hoan nghênh và vào hôm 9/10 vừa qua, ba nhà khoa học John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham và Akira Yoshino đã được vinh danh với giải Nobel Hóa học 2019 vì những gì đã đóng góp cho chúng ta ngày hôm nay với các phát kiến của họ.

Theo GenK