Cục pin nhỏ xíu đang gánh cả nền văn minh trên lưng

Năm phần trăm và cơn hoảng loạn thầm lặng

Bạn đang ngồi quán cà phê. Điện thoại hiện 5%. Chưa mang sạc. Tim đập nhanh hơn — không phải vì cà phê, mà vì cái con số đỏ lòm góc phải màn hình. Bạn bắt đầu tắt Bluetooth, giảm sáng, đóng hết app nền, như thể đang cấp cứu một bệnh nhân hấp hối.

Cục pin đó — mỏng hơn ngón tay út, nặng chưa tới 50 gram — đang giữ cả thế giới số của bạn. Tin nhắn. Ví điện tử. Google Maps giữa Sài Gòn kẹt xe. Cuộc gọi video với mẹ. Tất cả nằm trong một viên lithium-ion mà bạn chẳng bao giờ nghĩ tới, cho đến khi nó sắp chết.

Nhưng viên pin đó không rơi từ trên trời xuống. Nó là sản phẩm của ba bộ óc lập dị, làm việc ở ba châu lục khác nhau, trong suốt gần nửa thế kỷ. Và năm 2019, họ cùng đứng trên sân khấu Stockholm nhận giải Nobel Hóa học.

Tôi kể cho bạn nghe câu chuyện này, và tôi hứa — bạn sẽ nhìn cái điện thoại đang cầm trên tay khác đi sau khi đọc xong.

Ba gã lập dị và cuộc tiếp sức xuyên thập kỷ

Câu chuyện bắt đầu giữa cơn khủng hoảng dầu mỏ thập niên 1970. M. Stanley Whittingham, một nhà hóa học người Anh, lúc đó đang làm việc tại — bạn sẽ không tin đâu — Exxon. Đúng, gã khổng lồ dầu mỏ Exxon. Giữa lúc cả thế giới xếp hàng mua xăng, Whittingham phát hiện ra rằng các ion lithium có thể "chui vào" và "chui ra" giữa các lớp vật liệu mà không phá hủy cấu trúc. Giống như bạn nhét sách vào kệ rồi rút ra — kệ vẫn nguyên vẹn. Ông gọi hiện tượng này là "intercalation" (xen kẽ), và năm 1976 công bố trên tạp chí Science một viên pin lithium đầu tiên dùng titanium disulfide làm cực dương.

Nó hoạt động. Nhưng có một vấn đề chết người: lithium kim loại nguyên chất ở cực âm hay mọc "râu" — những sợi kim loại li ti gọi là dendrite, đâm xuyên pin, gây chập, gây cháy nổ. Một quả bom hẹn giờ thu nhỏ, về cơ bản là vậy.

Rồi John B. Goodenough xuất hiện. Ông này là nhân vật kỳ lạ nhất trong câu chuyện: sinh năm 1922, mắc chứng khó đọc (dyslexia) từ nhỏ, 30 tuổi mới bắt đầu nghiên cứu vật lý, và lúc nhận Nobel thì 97 tuổi — người cao tuổi nhất từng nhận giải Nobel tính đến thời điểm đó. Năm 1980, tại Đại học Oxford, Goodenough cùng nhóm nghiên cứu (Mizushima, Jones, Wiseman) thay cực dương titanium disulfide bằng lithium cobalt oxide (LiCoO₂), công bố trên Materials Research Bulletin. Kết quả? Điện thế tăng gần gấp đôi.

Tưởng tượng thế này: Whittingham xây được cái bể chứa nước, Goodenough đào sâu cái bể thêm gấp đôi — cùng kích thước nhưng chứa nhiều năng lượng hơn hẳn.

Nhưng vẫn còn vấn đề cực âm lithium kim loại — cái thứ hay nổ đó. Akira Yoshino, kỹ sư tại tập đoàn Asahi Kasei ở Nhật Bản, giải quyết nốt mảnh ghép cuối. Năm 1985, ông thay lithium kim loại bằng petroleum coke (một dạng carbon) ở cực âm. Ion lithium vẫn chạy qua chạy lại giữa hai cực như con thoi, nhưng không còn kim loại lithium nguyên chất nào trong pin nữa. An toàn hơn. Nhẹ hơn. Sạc đi sạc lại được hàng trăm lần.

Năm 1991, Sony thương mại hóa viên pin lithium-ion đầu tiên. Thế giới thay đổi. Thật sự thay đổi.

Trước viên pin: nặng nề, độc hại, và bị xích vào ổ cắm

Trước lithium-ion, bạn có gì? Pin chì-acid — loại nằm trong ắc-quy xe máy — nặng như đá tảng, chứa acid ăn mòn. Pin nickel-cadmium — cadmium là kim loại nặng cực độc, và có cái gọi là "hiệu ứng nhớ": nếu bạn không xả hết pin rồi mới sạc, nó sẽ "tưởng" mình nhỏ hơn thật, dung lượng tụt dần qua mỗi lần sạc. Laptop thời đó to bằng cái cặp táp, chạy được chừng một tiếng thì tắt ngóm. Điện thoại di động là cục gạch nặng gần nửa ký, pin xài được vài tiếng gọi.

Lithium-ion mở khóa một thứ mà trước đó là không tưởng: năng lượng gọn nhẹ, mật độ cao, sạc lại được mà không mất trí nhớ. Nó không chỉ cải tiến pin — nó khai sinh ra khái niệm "di động" theo đúng nghĩa đen của từ này.

Không có lithium-ion, không có iPhone. Không có laptop mỏng. Không có xe điện. Không có drone giao hàng. Không có thế giới bạn đang sống.

Những thứ bạn chạm mỗi ngày mà chưa từng nói lời cảm ơn

Chiếc điện thoại và laptop — hiển nhiên rồi, nhưng hãy nghĩ sâu hơn. Anh xe ôm công nghệ chở bạn đi làm sáng nay, nhìn Google Maps trên điện thoại — lithium-ion. Chị bán hàng online livestream 4 tiếng liên tục không nghỉ — lithium-ion. Em học sinh vùng cao học trên chiếc tablet được tặng — lithium-ion. Cả cái hệ sinh thái kinh tế số Việt Nam đang đứng trên vai viên pin này.

Xe điện. VinFast VF 8, VF 9, VF e34 — mỗi chiếc mang theo một "bụng pin" nặng hàng trăm kilogram, gồm hàng ngàn cell lithium-ion xếp lại thành module. Xe bus điện VinBus chạy tuyến ở Hà Nội và TP.HCM — cũng lithium-ion. Dat Bike, xe máy điện VinFast Evo200 đang len lỏi khắp đường phố — tất cả đều nhờ viên pin gọn nhẹ đủ sức chạy hàng chục đến hơn trăm km mỗi lần sạc.

Lưu trữ năng lượng mặt trời. Tấm pin solar trên mái nhà bạn chỉ phát điện ban ngày. Muốn dùng ban đêm? Cần bộ trữ điện. Hệ thống lưu trữ năng lượng gia đình (ESS) — từ Tesla Powerwall đến các sản phẩm nội địa đang xuất hiện ở Việt Nam — đều dùng lithium-ion làm lõi.

Y tế thầm lặng. Máy trợ thính. Máy đo đường huyết liên tục cho bệnh nhân tiểu đường. Máy khử rung tim cấy ghép. Những thiết bị cứu mạng mà bạn không nhìn thấy, đang chạy âm thầm trong cơ thể ai đó, nhờ viên pin li ti.

Góc kiếm tiền: cánh cửa nào đang mở?

Đây không phải hype viển vông. Thị trường pin lithium-ion toàn cầu đã tăng trưởng vũ bão trong thập kỷ qua — BloombergNEF và IEA đều xác nhận xu hướng này trong các báo cáo thường niên. Việt Nam đang trở thành mắt xích quan trọng: VinFast xây nhà máy sản xuất cell pin tại Hà Tĩnh, các nhà đầu tư Hàn Quốc và Trung Quốc đổ vốn vào sản xuất linh kiện pin tại Việt Nam.

Một điểm tôi muốn nhấn mạnh: ngành tái chế pin lithium-ion đang ở giai đoạn sơ khai tại Việt Nam. Khi hàng triệu xe điện hai bánh và smartphone bắt đầu hết vòng đời pin trong khoảng 5–8 năm tới, nhu cầu tái chế sẽ bùng nổ. Ai vào sớm, người đó có lợi thế — giống như những người mở tiệm sửa xe máy hồi đầu thập niên 2000 vậy.

Viên pin, cuộc cách mạng xanh, và cái giá phải trả

Pin lithium-ion đang ở trung tâm cuộc chuyển đổi năng lượng toàn cầu. IEA (Cơ quan Năng lượng Quốc tế) đã xác nhận trong báo cáo World Energy Outlook 2023 rằng lưu trữ năng lượng bằng pin là một trong những trụ cột để đạt mục tiêu phát thải ròng bằng không vào 2050. Không có pin, xe điện chỉ là giấc mơ. Không có pin, điện gió và điện mặt trời chỉ phát được lúc có gió có nắng — vô dụng khi trời tối gió lặng.

Nhưng — và đây là phần tỉnh táo — viên pin không phải thánh.

Lithium khai thác chủ yếu ở Tam giác Lithium (Chile, Argentina, Bolivia) và Úc. Quá trình khai thác bằng bay hơi nước muối ngốn lượng nước khổng lồ, một vấn đề nghiêm trọng ở vùng sa mạc khô cằn. Cobalt — thành phần quan trọng trong nhiều loại pin — khoảng 70% sản lượng toàn cầu đến từ Cộng hòa Dân chủ Congo, nơi Amnesty International (2016) đã ghi nhận tình trạng lao động trẻ em tại nhiều mỏ khai thác thủ công. Đây là sự thật đã được chứng minh, không phải tin đồn.

Các nhà khoa học đang tìm lối ra. Pin solid-state — thay chất điện giải lỏng bằng chất rắn, an toàn hơn, mật độ năng lượng cao hơn — đang được thử nghiệm bởi Toyota và Samsung SDI. Pin sodium-ion — dùng natri thay lithium, natri rẻ và phổ biến hơn gấp nhiều lần — đã được CATL bắt đầu thương mại hóa từ 2023. Đây là các hướng kỳ vọng sẽ bổ sung và dần thay thế một phần lithium-ion trong 10–20 năm tới, nhưng chưa phải đã xong.

John Goodenough, trước khi qua đời năm 2023 ở tuổi 100, vẫn miệt mài nghiên cứu pin solid-state tại Đại học Texas ở Austin. Một người 97 tuổi nhận Nobel mà vẫn không ngừng tìm cách làm tốt hơn — đó có lẽ là phần khiến tôi nổi da gà nhất trong toàn bộ câu chuyện này.

Bảng tự chấm và nguồn tham khảo

NGUỒN THAM KHẢO:

1. "The Nobel Prize in Chemistry 2019" — Royal Swedish Academy of Sciences (Kungliga Vetenskapsakademien), 2019. nobelprize.org

2. M. S. Whittingham, "Electrical Energy Storage and Intercalation Chemistry," Science, 192(4244), 1126–1127, 1976.

3. K. Mizushima, P. C. Jones, P. J. Wiseman, J. B. Goodenough, "LiₓCoO₂ (0 < x ≤ 1): A new cathode material for batteries of high energy density," Materials Research Bulletin, 15(6), 783–789, 1980.

4. A. Yoshino, "The Birth of the Lithium‐Ion Battery," Angewandte Chemie International Edition, 51(24), 5798–5800, 2012.

5. IEA, World Energy Outlook 2023 — International Energy Agency, 2023.

6. Amnesty International, "This is What We Die For: Human Rights Abuses in the Democratic Republic of the Congo Power the Global Trade in Cobalt," 2016.

7. BloombergNEF, Electric Vehicle Outlook — Bloomberg New Energy Finance (báo cáo thường niên).