Quỹ VinFuture chính thức công bố 4 công trình khoa học được vinh danh năm 2023. Giải thưởng Chính trị giá 3 triệu USD được trao cho “Phát minh sản xuất năng lượng xanh bằng pin mặt trời và lưu trữ bằng pin Lithium-ion”.
Giải thưởng chính VinFuture 2023 trị giá 3 triệu USD đã được trao cho 4 nhà khoa học gồm Giáo sư Martin Andrew Green (Australia), Giáo sư Stanley Whittingham (Mỹ), Giáo sư Rachid Yazami (Maroc) và Giáo sư Akira Yoshino (Nhật Bản) với 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-ion.
Giáo sư Martin Green: Nhà khoa học giúp tăng hiệu suất pin mặt trời từ 15 lên 25%
Giáo sư Martin Green đã có 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)
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 Giáo sư 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.
 |
| Giáo sư Martin Andrew Green. (Ảnh: THÀNH ĐẠT) |
Những cải tiến bao gồm việc giảm thất thoát photon năng lượng bằng cách sử dụng gương phản xạ bề mặt phía sau, kết hợp lớp điện môi và lớp kim loại mỏng để giảm sự hấp thụ photon.
Ngoài ra, họ đã phát triển các kỹ thuật thụ động bề mặt sau, sử dụng các lớp điện môi hoặc cấu trúc dị hợp để giảm tổn thất sóng mang. Các phát kiến này đã dẫn đến sự phát triển vượt bậc của công nghệ Bộ phát thụ động và Tiếp điểm phía sau (PERC), giúp tối ưu hóa hiệu suất của pin mặt trời và chứng minh tính khả thi của việc kết hợp các công nghệ tiên tiến này vào sản xuất hàng loạt.
Trước khi công trình mang tính cách mạng của Giáo sư 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.
Cải tiến này đã 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.
Giáo sư Martin Green hóm hỉnh nói, nếu trước đây người ta coi năng lượng mặt trời là con bọ chét thì nay cần phải nhìn lại, năng lượng mặt trời là con voi, còn năng lượng khác là bọ chét. Và đây là thế mạnh mà Việt Nam đã triển khai và cần tiếp tục phát triển hơn nữa.
Với những đóng góp xuất sắc trong lĩnh vực này, ông đã được trao nhiều giải thưởng quốc tế uy tín, bao gồm Giải Năng lượng Toàn cầu 2018, Giải Nhật Bản 2021, Giải Công nghệ Thiên niên kỷ 2022 và Giải Nữ hoàng Elizabeth về Kỹ thuật 2023. Tối 20/12, Giáo sư Martin Andrew Green đã một lần nữa được vinh danh với những nghiên cứu mang tính đột phá của ông tại Giải thưởng chính của VinFuture 2023.
Giáo sư Stanley Whittingham: Người phát minh ra nguyên lý hoạt động của pin Lithium-ion
Giáo sư Whittingham phát minh ra nguyên lý hoạt động của pin Lithium-ion và xác định vai trò của ion Lithium như một chất mang điện tích hiệu quả. Ông là người khởi xướng và khám phá ra nguyên lý hoạt động của pin Lithium-ion.
Bắt đầu từ bước đột phá vào năm 1974, ông đã chế tạo ra mẫu pin Lithium-ion đầu tiên, mở ra kỷ nguyên mới trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng. Ông là người tiên phong nghiên cứu khái niệm xen kẽ điện cực và đã mô tả tỉ mỉ sự khuếch tán của Lithium vào các mạng tinh thể kim loại khác nhau. Ông cho biết hành trình chế tạo ra pin Lithium của ông bắt đầu từ năm 1972, và ông chỉ mất 2-3 tháng để chế tạo ra được phiên bản mini của loại pin này.
Ông cũng đã tập trung cải thiện sự ổn định cấu trúc và số lượng chu kỳ của pin, thông qua việc áp dụng các phản ứng xen kẽ đa electron để nâng cao tính ổn định và dung lượng của chúng.
 |
| Giáo sư Stanley Whittingham. (Ảnh: THÀNH ĐẠT) |
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.
Ông tâm sự: "Việc đạt giải một lần nữa cho thấy sự quan tâm với ngành khoa học của chúng tôi. Ngoài ra, sau khi chúng tôi đạt giải, lợi thế là các chính trị gia bắt đầu lắng nghe và đón nhận ý kiến của chúng tôi nhiều hơn".
Tại lễ trao giải VinFuture, Giáo sư Stanley Whittingham gửi lời cảm ơn tới những người đồng nghiệp của mình và nhà khoa học trong lĩnh vực năng lượng tái tạo, hướng tới hệ sinh thái bền vững hơn, giúp tăng cường sức khỏe thế hệ con cháu trong tương lai.
Giáo sư Rachid Yazami: Người tiên phong khám phá thuận nghịch của ion Lithium với than chì
Giáo sư Rachid Yazami đã 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. Nghiên cứu của ông đi sâu vào việc kết hợp các vật liệu nano như nano-silicon, ống nano carbon và graphene cùng các vật liệu khác như than chì, muội than trong cực âm của pin.
Ngoài ra, Giáo sư Yazami cũng mang lại những hiểu biết sâu rộng về nhiệt động lực học của quá trình sạc và xả pin, được mô tả trong Định lý pin của Giáo sư Yazami (“Định lý Yazami”) mang tính nền tảng trong lĩnh vực. Hiện tại, ông vẫn tiếp tục đi đầu trong các đổi mới, bao gồm khám phá các vật liệu cực âm, vật liệu cực dương mới và các quy trình cơ bản trong hoạt động của pin.
 |
| Chủ tịch nước Võ Văn Thưởng trao giải thưởng cho Giáo sư Rachid Yazami. (Ảnh: THÀNH ĐẠT) |
Công trình đổi mới về pin Lithium-ion đánh dấu một sự thay đổi lớn trong việc lưu trữ năng lượng, tác động tích cực đến hàng tỷ người trên Trái đất. Chúng 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 những điểm 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.
Bằng cách thúc đẩy sự phát triển của các giải pháp năng lượng với giá cả phải chăng và dễ tiếp cận, chúng (pin lithium) đóng một vai trò quan trọng trong việc giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng và cải thiện điều kiện sống cho những nhóm người thiểu số ở những khu vực xa xôi.
Giáo sư Rachid Yazami cho biết ông thật sự tự hào được nhận Giải thưởng Chính của VinFuture 2023. "Công nghệ pin Lithium-ion được sử dụng với số lượng lớn và tăng dần qua các năm và tương lai nằm ở phương tiện xe chạy điện. Hy vọng năm sau tới Việt Nam tôi chứng kiến nhiều xe điện hơn nữa, không khí trong lành hơn và đây là điều tốt đẹp cho tương lai của chúng ta", ông bày tỏ.
Giáo sư Akira Yoshino: Người phát minh ra pin lithium-ion
Giáo sư Rachid Yazami là người phát minh ra pin lithium-ion (LIB) thường được sử dụng trong điện thoại di động và máy tính xách tay. Ông đã được trao Giải Nobel Hóa học năm 2019 cùng với Giáo sư John B. Goodenough và Giáo sư Stanley Whittingham.
Năm 1981, Giáo sư Akira Yoshino bắt đầu nghiên cứu về pin sạc bằng polyacetylene. Polyacetylene là polymer điện dẫn được phát hiện bởi Hideki Shirakawa, người sau này (năm 2000) sẽ được trao Giải Nobel về hóa học vì phát hiện này.
Năm 1983, ông chế tạo một pin nguyên mẫu có thể sạc sử dụng lithium cobalt oxit (LiCoO2) như cathode và polyacetylene làm cực dương. Ông 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. Nghiên cứu của ông đi sâu vào việc kết hợp các vật liệu nano như nano-silicon, ống nano carbon và graphene cùng các vật liệu khác như than chì, muội than trong cực âm của pin.
 |
| Giáo sư Rachid Yazami (bên phải). (Ảnh: THÀNH ĐẠT) |
Ngoài ra, Giáo sư Yazami cũng mang lại những hiểu biết sâu rộng về nhiệt động lực học của quá trình sạc và xả pin, được mô tả trong Định lý pin của Giáo sư Yazami (“Định lý Yazami”) mang tính nền tảng trong lĩnh vực.
Hiện tại, ông vẫn tiếp tục đi đầu trong các đổi mới, bao gồm khám phá các vật liệu cực âm, vật liệu cực dương mới và các quy trình cơ bản trong hoạt động của pin.
Hạnh phúc sau khi nhận được giải VinFuture, Giáo sư Yazami tâm sự: "Pin Lithium-ion nhỏ nhẹ có thể sạc được là công cụ để chúng ta thúc đẩy xã hội linh động hơn, bền vững hơn. Tới nay, pin này đang dần đóng vai trò quan trọng hơn tạo nên một tương lai bền vững, xã hội bền vững. Tôi tin là như vậy và đây sẽ chính là công cụ để dẫn dắt chúng ta hướng tới sự phát triển ngày càng bền vững. Đây là điều tôi luôn luôn tin tưởng".
