Giới công nghệ từ lâu đã chấp nhận một thực tế rằng mọi viên pin đều sẽ chai dần theo thời gian. Một chu kỳ sạc xả liên tục luôn bào mòn các vật liệu bên trong bất chấp nỗ lực cải tiến từ các tập đoàn công nghệ lớn. Tuy nhiên quy luật này đã bị thách thức bởi một cựu học sinh trường trung học phổ thông chuyên Lê Quý Đôn tại Đà Nẵng trong một lần thử nghiệm cách đây mười năm. Mya Le Thai khi đó đang làm nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đại học California Irvine ở Mỹ đã vô tình tìm ra lời giải cho bài toán tuổi thọ linh kiện lưu trữ điện năng.

Thí nghiệm ngẫu nhiên với màng gel điện phân

Nhóm nghiên cứu của Đại học California Irvine lúc bấy giờ đang bế tắc với các sợi dây nano. Loại vật liệu này có khả năng truyền dẫn điện cực tốt nhưng lại quá mỏng manh. Chúng dễ dàng bị đứt gãy và nứt nẻ chỉ sau vài nghìn chu kỳ sạc xả thông thường. Bước ngoặt xuất hiện khi Mya Le Thai nảy ra ý tưởng phủ một lớp mangan dioxide kết hợp cùng dung dịch gel điện phân lên bề mặt các sợi nano vàng. Phản ứng hóa học xảy ra sau đó đã làm thay đổi hoàn toàn cấu trúc chịu lực của loại vật liệu này.

Chủ nhiệm Khoa Hóa học Reginald Penner không giấu được sự kinh ngạc khi quan sát hệ thống tụ điện bọc gel này vượt qua mốc 10.000 chu kỳ sạc mà không suy giảm hiệu suất. Con số này nhanh chóng tăng lên 30.000 và cuối cùng cán mốc 200.000 chu kỳ chỉ trong vòng ba tháng thử nghiệm liên tục dưới cường độ cao. Bản thân vị giáo sư này phải thốt lên rằng "điều thật điên rồ, vì những pin thông thường thường hỏng sau 5.000 đến 7.000 chu kỳ".

Ý nghĩa thực tiễn và rào cản thương mại hóa

Để thấy rõ mức độ đột phá của con số 200.000 chu kỳ sạc, người dùng chỉ cần nhìn vào các thiết bị điện tử đang sử dụng hàng ngày. Một viên pin laptop trung bình trên thị trường hiện nay sẽ bắt đầu chai và hỏng sau khoảng 300 đến 500 chu kỳ. Thành tích mà công nghệ lõi nano bọc gel đạt được tương đương với việc kéo dài tuổi thọ của một viên pin máy tính lên tới 400 năm sử dụng liên tục. Điều này đồng nghĩa với việc nhân loại có thể cắt giảm một lượng khổng lồ rác thải lithium-ion độc hại thải ra môi trường mỗi năm.

Dù sở hữu tiềm năng thay đổi cục diện ngành năng lượng, phát minh này hiện vẫn đang mắc kẹt ở giai đoạn nguyên mẫu phòng thí nghiệm. Rào cản lớn nhất ngăn công nghệ này bước ra thị trường nằm ở tính kinh tế của vật liệu. Việc sử dụng dây nano bằng vàng đẩy chi phí sản xuất lên mức quá cao đối với các thiết bị dân dụng. Giới nghiên cứu hiện đang ráo riết tìm kiếm các kim loại thay thế rẻ hơn như niken để tái tạo lại cấu trúc của lớp màng gel bảo vệ này nhằm sớm đưa vào thương mại hóa.

Dấu ấn tại thung lũng công nghệ lõi

Sau khi công bố phát hiện làm rúng động giới khoa học vật liệu, Mya Le Thai đã hoàn thành chương trình tiến sĩ và bước thẳng vào nền công nghiệp xe điện năng lượng mới. Cô hiện đảm nhận vị trí nhà khoa học chính tại tập đoàn Enevate ở Mỹ. Đây là đơn vị chuyên nghiên cứu và cấp phép bản quyền các hệ thống pin thế hệ mới phục vụ trực tiếp cho ngành sản xuất phương tiện giao thông điện hóa.

Nữ tiến sĩ gốc Việt tiếp tục ghi dấu ấn với hàng loạt bằng sáng chế mang tính ứng dụng cao. Trong số đó nổi bật là công nghệ thiết kế các tế bào có khả năng trì hoãn sự lan truyền nhiệt. Bằng sáng chế này đóng vai trò sống còn trong việc ngăn chặn các vụ cháy nổ hàng loạt trên xe điện hiện đại khi xảy ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ tại các trạm sạc công suất lớn.