Chủ nhân giải chính VinFuture: Hành trình từ sự không công nhận đến sự tiên phong

Công trình sáng tạo ra pin lithium-ion đã giúp GS Stanley Whittingham giành giải chính VinFuture, tuy nhiên, thời điểm đầu tiên phát minh này xuất hiện, ông không nhận được sự công nhận do tính quá đột phá của sản phẩm.

GS Stanley Wittingham (82 tuổi), giảng viên tại Đại học Binghamton, bang New York, Mỹ, là một trong bốn nhà nghiên cứu nhận Giải chính VinFuture Grand Prize trị giá 3 triệu USD (tương đương 73 tỷ đồng). Ông đã tạo ra một nền tảng bền vững cho năng lượng xanh thông qua việc phát triển pin mặt trời và pin Lithium-ion để lưu trữ.

GS Stanley Wittingham đã đề xuất nguyên lý hoạt động của pin Lithium-ion và xác định vai trò quan trọng của ion Lithium như một chất mang điện tích hiệu quả. Đóng góp của ông đã chơi một vai trò quan trọng trong sự phát triển của pin lithium-ion, loại pin phổ biến được sử dụng rộng rãi từ điện thoại di động và laptop đến xe điện.

Trước khi pin lithium-ion xuất hiện, hai loại pin phổ biến trên thế giới bao gồm pin sử dụng axit và kiềm. Nhược điểm của chúng là nguồn năng lượng tạo ra thấp. Pin kiềm và nikel rất độc hại, đến mức không còn được sử dụng trong không gian công cộng. Mặc khác, pin axit có độ độc hại thấp hơn, nhưng tái chế và sử dụng lại khó khăn. Pin lithium-ion có kích thước nhỏ hơn, nhưng cung cấp năng lượng lớn gấp 5 lần và có khả năng tái chế lên đến 99%, điều này là đặc điểm quan trọng khác biệt.

Tuy nhiên, vào khoảng năm 1974, Stanley Wittingham và nhóm nghiên cứu của ông đã phát minh pin Lithium-ion đầu tiên, mặc dù không nhận được sự công nhận ban đầu vì sản phẩm quá tiên tiến so với thời đại. Ông chia sẻ rằng “chúng tôi có thể đã đi trước thời đại và sản phẩm của chúng tôi quá mới”, và ông đã phải chờ đợi 8-10 năm để có được sự “nhìn nhận” xứng đáng.

Ông mô tả rằng ban đầu, pin Lithium-ion chủ yếu được sử dụng trong các hộp đen và một số loại đồng hồ. Sau đó, các nhà sản xuất lớn nhận ra tính cần thiết của công nghệ này, với hãng Sony là một trong những đơn vị đầu tiên muốn tích hợp công nghệ này vào sản phẩm của mình. Điều này làm cho pin Lithium-ion trở nên phổ biến hơn.

Ông Whittingham đã phát hiện ra rằng việc giữ ion lithium giữa các tấm titan sulfua sẽ tạo ra điện, từ đó tận dụng khả năng khổng lồ của lithium để giải phóng electron từ lớp ngoài cùng. Ông giải thích rằng công nghệ pin quan trọng vì khả năng lưu trữ năng lượng và sạc nhanh. Cơ chế của công nghệ pin này tương tự như một chiếc bánh sandwich, trong đó có các lớp và ở giữa là hợp chất lithium. Khi muốn sạc, lithium được hút ra khỏi pin, sau đó đẩy quay trở lại các tầng đó.

Ông là người đầu tiên nghiên cứu về khái niệm xen kẽ điện cực và tập trung vào việc cải thiện ổn định cấu trúc và số lượng chu kỳ của pin. Ông mở rộng nhóm nghiên cứu từ 6-8 thành viên cốt lõi ban đầu lên gần 30 người, bao gồm cả những người từ lĩnh vực vật lý và khoa học vật chất. Tuy nhiên, ông Whittingham cũng nhấn mạnh rằng con đường nghiên cứu không phải lúc nào cũng thuận lợi, và có những thời điểm khi nghiên cứu về pin không được coi là chủ đề nóng.

Ngày nay, pin Lithium-ion đã trở thành một thành phần quan trọng trong nhiều thiết bị cần sử dụng pin, từ điện thoại di động, đồng hồ đến máy tính và xe cộ. Ông nhận định rằng “ngày xưa tôi nghĩ tôi sẽ nghỉ hưu cách đây 20 năm, nhưng bây giờ tôi vẫn đây, thấy rằng có ngày càng nhiều xe điện sử dụng pin, như VinFast với ôtô điện, buýt điện, xe máy điện”.

Nhờ công trình tiên phong trong phát triển pin Lithium, GS Stanley Whittingham đã đoạt giải Nobel Hóa học năm 2019, cùng với GS John Goodenough (Đại học Texas) và GS Akira Yoshino (Đại học Meijo). Theo Quỹ Nobel, pin Lithium-ion đã mang lại cuộc cách mạng trong đời sống con người từ khi xuất hiện trên thị trường vào năm 1991, tạo ra nền tảng cho xã hội không dây và không nhiên liệu hóa thạch. Sự tiến bộ của pin Lithium-ion cũng đã thúc đẩy sự phát triển của phương tiện chạy bằng điện và giao tiếp không dây.

GS Stanley Whittingham nói đùa rằng ông không còn đủ thời gian để kiểm tra xem pin Lithium có thực sự là “anh hùng cứu trái đất” trước thách thức của vấn đề môi trường hay không. Tuy nhiên, ông luôn quan tâm đến tính bền vững trong lĩnh vực pin và môi trường. Ông mong muốn rằng pin lithium có thể được sản xuất tại mọi quốc gia và khu vực, giảm thiểu nhu cầu vận chuyển năng lượng trên khoảng cách hàng nghìn dặm từ nơi này đến nơi khác.

Trước khi nói đến vấn đề pin lithium sử dụng nhiều kim loại hiếm, GS Stanley Whittingham nhấn mạnh rằng họ đang hướng tới việc không sử dụng các kim loại có nguồn gốc từ lao động trẻ em. Ông cũng nhấn mạnh việc nghiên cứu và phát triển kim loại như Nikel và Photphat, với mật độ năng lượng thấp nhưng giá rẻ. Ông cũng chỉ ra rằng việc sử dụng hiệu quả các chất bán dẫn sẽ giảm lượng pin cần thiết. “10 năm trước, khi chúng ta sử dụng máy tính, thường xuyên cảm thấy máy nóng lên. Ngày nay, hiện tượng này ít xuất hiện hơn vì chất bán dẫn trong máy tính hoạt động hiệu quả hơn rất nhiều”, ông nói.

Hiện tại, Stanley Whittingham vẫn là giáo sư tại Đại học Binghamton, nơi ông làm việc từ năm 1988. Nhóm nghiên cứu của ông có các thành viên có thâm niên và ông luôn tìm kiếm sự kết nối với những nhà nghiên cứu trẻ. Lần thứ ba ghé thăm Việt Nam, ông chia sẻ hai lời khuyên cho các nhà nghiên cứu trẻ, đó là luôn nghiên cứu về những vấn đề họ quan tâm và có đam mê, đồng thời không nên quá chú trọng vào vấn đề tiền bạc. Ông cũng khuyên rằng cần phải đầu tư vào các lĩnh vực khó khăn, với tâm lý chấp nhận rủi ro, không nên quá bảo thủ.

Theo VNExpress