VINACHEM

Giải thưởng Nobel Hóa học 2019 đã được trao cho 3 nhà khoa học John B. Goodenough, Đại học Texas (Austin, Mỹ), M. Stanley Whittingham, Đại học Binghamton (New York, Mỹ), và Akira Yoshino, Đại học Meijo (Nhật Bản). Đây là những nhà khoa học đã dành nhiều thập niên để phát triển ắc quy ion liti - loại ắc quy nhỏ nhưng rất mạnh so với các thế hệ ắc quy cũ. ắc quy ion liti đã tạo điều kiện để ra đời các thiết bị đang trở nên ngày càng phổ biến hiện nay như điện thoại di động bỏ túi, máy tính xách tay, xe ôtô điện hoặc giàn thu năng lượng Mặt Trời.

Trong lời giải thích của mình, ủy ban Nobel viết rằng: “ắc quy ion liti đã cách mạng hóa cuộc sống của chúng ta”. Những công trình nghiên cứu của 3 nhà nghiên cứu nói trên đã đặt nền móng cho cuộc cách mạng đó. Nếu không có những chiếc ắc quy như vậy, chúng ta khó có thể tưởng tượng thế giới của điện thoại di động và kỹ thuật số ngày nay, nơi mà bất cứ ai cũng có thể nghe nhạc hoặc xem video khi đang đi trên đường.

Theo Chủ tịch Hội Hóa học Mỹ, nghiên cứu về ắc quy ion liti đã được đề nghị trao Giải thưởng Nobel Hóa học 2019 từ nhiều năm qua và giải thưởng năm nay là sự vinh danh tuyệt vời đối với John B. Goodenough - người đã 97 tuổi và là nhà khoa học cao tuổi nhất cho đến nay được nhận Giải thưởng Nobel. Goodenough là người gốc Đức, còn Whittingham là người Anh, cả hai đều làm việc ở Mỹ. Trong khi đó, nhà khoa học Akira Yoshino là người Nhật Bản và năm nay cũng đã 71 tuổi, điều này cho thấy nghiên cứu về ắc quy ion liti đã kéo dài qua nhiều thế hệ.

Từ năm 1970, Stanley Whittingham đã bắt đầu khảo sát những ứng dụng của liti - nguyên tố nhỏ nhất và nhẹ nhất trong Bảng Tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Nhờ kích thước và trọng lượng nhỏ, liti có thể được nén ép rất nhiều trong một không gian nhỏ, khác với những loại ắc quy chì axit to và nặng vào thời kỳ đó. Liti có một ưu điểm khác nữa là nó dễ dàng trao điện tử để tạo thành dòng điện trong ắc quy. Whittingham đã đưa Liti kim loại vào một điện cực của ắc quy và đưa vật liệu nhiều lớp titan đisulphua vào điện cực thứ hai. Titan disulphua có nhiều không gian để có thể thu giữ dòng điện tử. Nhưng không may là cách kết hợp vật liệu như vậy có thể gây ra cháy nổ. Hơn nữa, công suất ắc quy kiểu này vẫn còn khá yếu, vì vậy nó chưa được đưa ra sản xuất thương mại.

Vào thập niên 1980, B. Goodenough đã sử dụng một vật liệu nhiều lớp khác là coban oxit thay cho titan đisulphua, vật liệu mới đã chứng tỏ là ổn định hơn. ắc quy của Goodenough cũng mạnh gấp đôi ắc quy của Whittingham. Sau đó, năm 1985 Yoshino đã thay đổi vật liệu anôt của ắc quy bằng vật liệu được gọi là than cốc dầu mỏ, được bổ sung liti. Nhờ vậy, dòng điện tử lưu thông dễ dàng và an toàn hơn giữa hai điện cực, không phản ứng với vật liệu bao quanh và làm thoái hóa chúng.

Sự kết hợp giữa các vật liệu mới đã giúp cho ắc quy của Yoshino có tuổi thọ dài hơn và có thể được nạp lại nhiều lần mà không giảm hiệu quả. Năm 1991, một công ty Nhật Bản đã bắt đầu bán phiên bản thương mại đầu tiên của loại ắc quy này - một thế giới mới của các thiết bị điện tử di động đã được hình thành.

LH

Theo Scientificamerican, 10/2019