Vì sao phát minh năng lượng xanh nhận giải thưởng 3 triệu USD?

Giải thưởng chính của VinFuture 2023 đã được trao cho phát minh đột phá kiến tạo nền tảng bền vững cho năng lượng xanh thông qua việc sản xuất bằng pin mặt trời và lưu trữ bằng pin Lithium-io.

4 nhà khoa học cùng nhận Giải thưởng này là GS Martin Andrew Green (Australia) với phát minh đột phá trong việc sản xuất năng lượng xanh bằng pin mặt trời với công nghệ Bộ phát thụ động và Tiếp điểm phía sau (PERC); GS Stanley Whittingham (Mỹ gốc Anh) – người khởi xướng, khám phá ra nguyên lý hoạt động của pin Lithium-ion; GS Rachid Yazami (Maroc) - khám phá sự xen kẽ điện hóa thuận nghịch của các ion Lithium với than chì, nhiệt động lực học của quá trình sạc lẫn xả pin; GS Akira Yoshino (Nhật Bản) - tiên phong dùng muội than ở cực âm của pin Lithium-ion.

Phát minh mang tính mở đường

Trên thực tế, việc cải tiến hiệu suất của pin mặt trời đã mở ra kỷ nguyên sản xuất năng lượng tái tạo hiệu quả, góp phần thúc đẩy một thế giới công bằng và bền vững. Công nghệ pin mặt trời silicon đã được nhiều nhà khoa học khắp nơi phát triển trong suốt nhiều thập kỷ. Tuy nhiên, các loại pin mặt trời hiện đại có hiệu suất cao đều dựa vào công nghệ Bộ phát thụ động và Tiếp điểm phía sau (PERC) do nhóm của GS Martin Green tiên phong phát triển.

Nhóm nghiên cứu của ông đã nâng cao đáng kể hiệu suất của pin mặt trời, mở đường cho việc sử dụng năng lượng mặt trời một cách rộng rãi hơn. Trước khi công trình mang tính cách mạng của GS Martin Green ra đời, hiệu suất pin mặt trời chỉ đạt được ở mức 15%. Nhưng dựa trên những đột phá mà nhóm của ông đạt được, đã giúp hiệu suất chuyển đổi năng lượng của pin mặt trời tăng vọt lên mức 25% như hiện nay.

Kể từ khi được sản xuất đại trà vào năm 2012, pin mặt trời PERC đã chiếm tới 60% thị phần thị trường pin mặt trời trên toàn thế giới. Trong bối cảnh đó, giai đoạn từ 2010 đến 2022, tỉ trọng năng lượng mặt trời đã tăng gấp 18 lần (lên mức 14,7%) trong cơ cấu năng lượng toàn cầu, đóng góp lớn cho tiến trình dịch chuyển khỏi năng lượng hóa thạch.

Phát minh này đã tạo ra những thay đổi có ý nghĩa cho toàn thế giới. Cụ thể là mở rộng khả năng ứng dụng của pin mặt trời, ngay cả tại những khu vực có điều kiện ánh sáng không thuận lợi và biến pin mặt trời thành nhân tố quan trọng trong tiến trình phát triển bền vững. Không những thế, việc tăng cường hiệu quả sản xuất năng lượng và các quy trình sản xuất tinh chế đã giúp công nghệ này đạt được tính bền vững về mặt chi phí, từ đó giúp đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang năng lượng tái tạo.

Hơn nữa, các sản phẩm pin mặt trời được tối ưu hóa với giá cả phải chăng hơn, từ đó đem lại hy vọng cho các khu vực xa xôi và nghèo khó, mở ra các cơ hội mới để tiếp cận năng lượng tái tạo và giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng, góp phần đáng kể vào sự phát triển công bằng trên toàn cầu.

Cách mạng hóa việc lưu trữ năng lượng

Bắt đầu từ bước đột phá vào năm 1974, GS Stanley Whittingham đã chế tạo ra mẫu pin Lithium-ion đầu tiên, mở ra kỷ nguyên mới trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng.

GS Akira Yoshino nổi bật với công trình tiên phong trong việc sử dụng muội than (carbon black) ở cực âm của pin Lithium-ion. Muội than có nhiều đặc tính phù hợp như trọng lượng nhẹ, khả năng mang các ion Lithium cao và độ dẫn điện tốt. GS Yoshino cũng tạo ra những cải tiến đáng chú ý như bộ thu dòng điện sử dụng nhôm lá và phát triển màng tách chức năng, vốn là bước quan trọng để nâng cao hiệu suất và chức năng của pin Lithium-ion.

Trong khi đó GS Rachid Yazami là người đi tiên phong trong việc khám phá sự xen kẽ điện hóa thuận nghịch của các ion Lithium với than chì, đặt nền móng cho việc phát triển pin Lithium-ion hiện đại.

Pin Lithium-ion đã cách mạng hóa việc lưu trữ năng lượng trong những thập kỷ qua, mang lại sự an toàn, nhỏ gọn, tiện lợi và độ bền cao. Ngày nay, chúng tạo thành xương sống của một ngành công nghiệp rộng lớn và là thành phần nền tảng của thế giới hiện đại với việc cung cấp năng lượng cho hơn 15 tỷ thiết bị di động và 26 triệu xe điện trên toàn cầu.

Tác động của pin Lithium-ion được dự đoán sẽ tăng theo cấp số nhân khi thế giới chuyển hướng sang các nguồn năng lượng tái tạo. Khi đó, công nghệ pin Lithium-ion, kết hợp với các công nghệ như pin mặt trời, sẽ cho phép sản xuất và lưu trữ năng lượng xanh một cách liên tục và bền vững.

Pin Lithium-ion là thành phần cốt lõi của vô số thiết bị điện tử, từ điện thoại thông minh đến xe điện, từ đó tạo nền tảng cho một thế giới đa kết nối, di động và bền vững hơn. Mật độ năng lượng cao và vòng đời dài của pin Lithium là mấu chốt trong quá trình chuyển đổi sang các nguồn năng lượng tái tạo, giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và giảm thiểu tác động bất lợi của biến đổi khí hậu.