Tin KH & CN Thế giới

Nghiên cứu phát triển pin lithium-ion được trao giải thưởng Nobel hóa học 2019 (11/10/2019)

Giải thưởng Nobel hóa học 2019 đã được trao cho ba nhà khoa học đến từ Mỹ, Anh và Nhật Bản với công trình nghiên cứu phát triển pin lithium-ion. Các nhà nghiên cứu gồm John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham và Akira Yoshino, sẽ cùng chia sẻ giải thưởng trị giá hơn 900.000 USD. Goodenough, M. Stanley Whittingham và Akira Yoshino, sẽ cùng chia sẻ giải thưởng trị giá hơn 900.000 USD.

Ba nhà khoa học Goodenough, M. Stanley Whittingham và Akira Yoshino.

Pin lithium-ion hiện được sử dụng trong mọi thứ từ điện thoại di động đến máy tính xách tay và xe điện. Ngoài ra, pin cũng có thể tích trữ khối lượng lớn năng lượng gió và mặt trời, tạo nên một xã hội không nhiên liệu hóa thạch.

Pin lithium-ion được sử dụng trên toàn cầu để cấp điện cho các thiết bị điện tử cầm tay mà con người đang sử dụng để liên lạc, làm việc, học tập, nghe nhạc và tìm kiếm thông tin. Pin lithium-ion cũng đã cho phép phát triển ô tô điện và lưu trữ năng lượng từ các nguồn tái tạo như điện mặt trời và gió.

Đặt nền móng cho việc chế tạo pin lithium-ion là cuộc khủng hoảng dầu mỏ vào những năm 1970. Stanley Whmitham đã nghiên cứu phát triển các phương pháp cho ra đời các công nghệ năng lượng không dùng nhiên liệu hóa thạch. Khi tìm hiểu về các chất siêu dẫn, ông đã phát hiện ra một vật liệu rất giàu năng lượng và sử dụng nó để chế tạo cực âm mới trong pin lithium. Vật liệu này được tạo ra từ titan disunphua ở cấp độ phân tử, có không gian chứa các ion lithium xen kẽ nhau.

Một phần cực dương của pin được chế tạo từ lithium kim loại, có vai trò giải phóng các điện tử. Điều đó làm cho pin đạt hiệu điện thế chỉ hơn 2 volt. Tuy nhiên, lithium kim loại lại phản ứng và dễ phát nổ nên không khả thi.

John Goodenough đã dự đoán cực âm sẽ có tiềm năng lớn hơn nếu được chế tạo từ oxit kim loại thay vì sunfua kim loại. Sau khi nghiên cứu một cách có hệ thống, năm 1980, ông đã chứng minh oxit coban với các ion lithium xen kẽ nhau có thể nâng hiệu điện thế lên đến 4 volt. Đây là bước đột phá quan trọng để cho ra đời pin công suất mạnh hơn nhiều.

Trên nền tảng cực âm của Goodenough, Akira Yoshino đã chế tạo được pin lithium-ion thương mại đầu tiên vào năm 1985. Thay vì sử dụng lithium phản ứng ở cực dương, ông đã sử dụng than cốc dầu mỏ, vật liệu cacbon, giống như oxit coban của cực âm, có thể xen kẽ các ion lithium.

Kết quả tạo ra pin nhẹ, chống mòn có thể sạc hàng trăm lần trước khi hiệu suất pin giảm. Ưu điểm của pin lithium-ion là không dựa vào các phản ứng hóa học phá vỡ các điện cực, mà dựa vào các ion lithium di chuyển qua lại giữa cực dương và cực âm.

Pin lithium-ion đã cách mạng hóa mạnh mẽ cuộc sống của con người kể từ lần đầu tiên được tung ra thị trường vào năm 1991. Pin lithium-ion đã đặt nền tảng cho một xã hội không dây, không dùng nhiên liệu hóa thạch và mang lại lợi ích to lớn cho loài người.

Nguồn: N.P.D (NASATI)/www.vista.gov.vn