Một nhà khoa học người Mỹ gốc Việt tại Đại học California Irvine (UCI) đã phát minh ra vật liệu pin dựa trên dây nano có thể sạc hàng trăm nghìn lần, đưa con người đến gần hơn với loại pin có thể tồn tại mãi mãi mà không cần thay thế.

Theo bảng tin đăng trên tập san khoa học của UCI thì công trình đột phá này có thể là tiền đề để các nhà sản xuất pin lithium-ion tạo ra các loại pin thương mại có tuổi thọ dài đến 400 năm nhằm cung cấp năng lượng cho nhiều thiết bị phục vụ cuộc sống, bao gồm máy tính, điện thoại thông minh, thiết bị gia dụng, ô tô và tàu vũ trụ.

Ý tưởng táo bạo này được các nhà khoa học thuộc UCI, trong đó có nữ nghiên cứu sinh bậc tiến sĩ Mya Le Thai chuyên nghiên cứu về công nghệ dây nano, bắt đầu tiến hành từ năm 2016 tại phòng thí nghiệm của trường do Giáo sư Hóa học Reginald Penner phụ trách.

Cô Mya Le Thai đang nghiên cứu trong phòng thí nghiệm (Ảnh: UCI News)

Trong quá trình nghiên cứu, nhóm các nhà khoa học đã thực hiện hàng loạt thí nghiệm sử dụng dây nano để lưu trữ năng lượng trong viên pin. Tuy nhiên, họ đã gặp phải trở ngại khó giải quyết khi các dây nano mỏng hơn sợi tóc người hàng ngàn lần trang bị trong viên pin lithium-ion thường bị thoái hóa, dẫn đến tình trạng đứt, nứt và ngừng hoạt động sau một số chu kỳ sạc nhất định.

Sau nhiều lần thí nghiệm, nhóm nghiên cứu của UCI đã giải quyết được vấn đề này bằng cách phủ một dây nano vàng trong lớp vỏ mangan đioxit và bọc bộ phận lắp ráp trong chất điện phân làm bằng gel tương tự như nhựa Plexiglas.

Phát minh của cô Mya Le Thai và nhóm nghiên cứu đã được các hãng truyền thông lớn của Mỹ đưa tin (Ảnh: Goran Matijasevic)

Cô Mya Le Thai, lúc đó là Trưởng nhóm nghiên cứu, đã quay điện cực thử nghiệm với chu kỳ lên đến 200.000 lần trong vòng ba tháng liên tục mà không phát hiện bất kỳ sự suy giảm công suất hoặc nguồn điện nào. Đặc biệt, cô không hề chứng kiến trường hợp đứt gãy dây nano nào xảy ra trong suốt quá trình đó.

Khám phá của cô Mya Le Thai rất có ý nghĩa trong ứng dụng bởi pin máy tính xách tay hay điện thoại thông minh có tuổi thọ trung bình từ 300 đến 500 chu kỳ sạc mà thôi. Vì vậy, với loại pin nano được phát triển tại UCI có khả năng thực hiện được 200.000 chu kỳ sạc, đồng nghĩa với việc giúp kéo dài tuổi thọ pin của các thiết bị điện tử có thể tồn tại trung bình khoảng 400 năm.

Phát hiện đáng kinh ngạc này sau đó đã được công bố trên tập san khoa học American Chemical Society’s Energy Letters của Mỹ.

Phát minh của Tiến sĩ Mya Le Thai được công bố trên các tạp chí khoa học chuyên ngành uy tín của thế giới (Ảnh: Priscilla Iezzi)

Các nhà nghiên cứu cũng nhận ra rằng, số lượng dây nano vàng cần thiết để tạo ra loại pin này sẽ khiến cho pin thành phẩm bị đội giá cao khi đến tay người tiêu dùng, vì vậy, họ đề xuất có thể sử dụng niken để thay thế khi đưa vào sản xuất hàng loạt.

Mặc dù dự án đầy tham vọng này hiện vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, và các nhà khoa học cũng chưa đưa ra được thời điểm cụ thể để ứng dụng ý tưởng này vào ngành công nghiệp sản xuất pin lithium-ion theo hướng bền vững, thế nhưng người ta vẫn đang rất hy vọng nó sẽ mang lại nhiều tiện ích cho con người, cũng như góp phần giải quyết vấn nạn rác thải pin đang gây hại nghiêm trọng cho môi trường hiện nay.

Mya Le Thai có tên tiếng Việt là Lê Thị Trà My. Trước khi sang Mỹ du học, cô là cựu nữ sinh trường THPT chuyên Lê Quý Đôn, thành phố Đà Nẵng niên khóa 2002-2003. Mya Le Thai đã hoàn thành chương trình nghiên cứu sinh tiến sĩ chuyên ngành Vật lý hóa học ở Đại học UCI, và hiện đang là kỹ sư làm việc cho tập đoàn máy tính Intel Corporation ở Mỹ. Trước đó, cô theo học bậc cử nhân về công nghệ nano (Nanotechnology) tại Đại Học UCLA. Năm 2015, cô đến Washington D.C. và làm việc tại Trung Tâm Nghiên Cứu Năng Lượng Tiên Phong thuộc Bộ Năng Lượng Mỹ, trước khi trở về lại UCI để tham gia nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ nano. Hiện cô Mya Le Thai vẫn đang tiếp tục nghiên cứu để công trình được được hoàn thiện hơn, từ đó có thể tạo ra loại pin mới dùng đến hàng thế kỷ có thể được ứng dụng cho ô tô, nhà cửa, máy bay, công cụ xây dựng, khám phá không gian cũng như các thiết bị điện tử và điện gia dụng khác. Tiến sĩ người Mỹ gốc Việt Mya Le Thai trong ngày tốt nghiệp tại Đại học UCLA (Ảnh: NVCC/NLD)

Pin Li-On hay còn gọi Lithium-Ion là một trong những loại pin sạc được sử dụng rộng rãi nhất cho các thiết bị điện tử tiêu dùng cầm tay như máy tính xách tay và điện thoại di động. Chúng có mật độ năng lượng cao và không có hiệu ứng bộ nhớ (hiệu ứng khiến pin phải sạc ít hơn) so với các thiết bị cùng thời. Pin lithium-Ion cũng đang trở nên phổ biến trong các ứng dụng xe điện dân dụng, quân sự và hàng không vũ trụ. Mặc dù có nhiều ưu điểm, thế nhưng pin lithium-ion cũng có những nhược điểm lớn chưa thể khắc phục được ở thời điểm hiện tại. Nó dễ vỡ và cần một mạch bảo vệ để duy trì hoạt động an toàn. Được tích hợp trong mỗi gói, mạch bảo vệ giới hạn điện áp cực đại của từng tế bào trong quá trình sạc và ngăn điện áp di động giảm quá thấp khi phóng điện. Lão hóa là mối quan tâm với hầu hết các pin lithium-ion và nhiều nhà sản xuất vẫn giữ im lặng về vấn đề này. Tình trạng suy giảm công suất là đáng chú ý sau một năm, cho dù pin đang sử dụng hay không. Pin thường xuyên bị hỏng sau hai hoặc ba năm. Mộ chiếc điện thoại iPhone thông thường chỉ có tối đa 500 chu kỳ sạc trước khi viên pin không thể sử dụng được (Ảnh: Joshua Oluwagbemiga/Unsplash)