Đi từ khoa học cơ bản tới thương mại, thành công của Trung Quốc không chỉ nằm ở việc sản xuất nhiều pin hơn các nước khác mà xây dựng được gần như toàn bộ chuỗi giá trị của ngành pin, từ tinh luyện khoáng sản, sản xuất vật liệu điện cực, chế tạo thiết bị, sản xuất cell pin...
Đầu tháng Bảy năm nay, ông được Trung Quốc trao Giải thưởng Khoa học và Công nghệ Xuất sắc Quốc gia năm 2025.
Trong thông cáo báo chí, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS), nơi ông làm việc trọn đời, gọi ông là "cha đẻ của ngành công nghiệp pin Trung Quốc". Danh xưng nay không chỉ ghi nhận những đóng góp của ông cho khoa học mà còn phản ánh vai trò đặc biệt của ông trong việc đưa nghiên cứu cơ bản trở thành một ngành công nghiệp chiến lược tại đất nước tỷ dân.
Lớn lên dưới ánh đèn dầu
Ít ai có thể hình dung người đưa Trung Quốc trở thành cường quốc pin lithium toàn cầu từng lớn lên dưới ánh đèn dầu leo lét ở vùng núi Gia Lăng, tỉnh Tứ Xuyên.
Chen sinh năm 1940 trong một gia đình nông thôn nghèo, và cuộc sống thời thơ ấu của ông vô cùng gian khổ. Trong những năm học trung học cơ sở, ông đã phải đi bộ hàng chục cây số vào mỗi cuối tuần để mang gạo và thức ăn từ nhà trở lại trường nội trú. Mãi đến kỳ thi vào trường trung học phổ thông, ông mới lần đầu được nhìn thấy ánh sáng đèn điện. Đối với một cậu bé lớn lên trong bóng tối của vùng núi, điện không chỉ mang đến sự tiện nghi mà còn là biểu tượng của sự phát triển. Trải nghiệm ấy đã để lại ấn tượng sâu sắc và hun đúc nên khát vọng trong ông, đó là cống hiến sự nghiệp cho ngành điện, để giúp nhiều người hơn nữa có thể tận hưởng ánh sáng và sự tiện lợi mà nó mang lại.
Chen Liquan có vai trò đặc biệt trong việc đưa Trung Quốc trở thành quốc gia sản xuất pin lithium lớn nhất thế giới. Đồ họa: Mỹ Hạnh
Sau khi tốt nghiệp Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc năm 1964, Chen bắt đầu nghiên cứu các vật liệu có cấu trúc tinh thể tại Viện Vật lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc. Nền tảng kiến thức về khoa học vật liệu trở thành hành trang quan trọng giúp ông phát triển các công nghệ pin tiên tiến sau này.
Năm 1976, trong thời gian làm học giả thỉnh giảng tại Viện Nghiên cứu Trạng thái rắn Max Planck ở Stuttgart (Đức), ông tình cờ phát hiện tiềm năng to lớn của hợp chất lithium nitride đối với công nghệ chế tạo pin thể rắn: một viên pin lithium nitride nhỏ bằng cúc áo vượt xa các loại pin axit-chì thông thường về mật độ năng lượng, mở ra triển vọng phát triển pin cho xe điện.
Vào thời điểm đó, thế giới đang trải qua cuộc khủng hoảng dầu mỏ. Sự kiện này đã bộc lộ điểm yếu trong cơ cấu năng lượng của Trung Quốc khi phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nhập khẩu. Chen tin rằng một cuộc cách mạng năng lượng để thay thế dầu mỏ là điều không thể tránh khỏi trong tương lai, và pin lithium thể rắn sẽ đóng vai trò trung tâm trong quá trình chuyển đổi ấy.
Nhận thấy đây là một hướng đi chiến lược có ý nghĩa sống còn đối với an ninh năng lượng quốc gia, ông viết đơn lên Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc để xin thay đổi hướng nghiên cứu ban đầu từ vật liệu cấu trúc tinh thể sang sự truyền dẫn ion trong vật liệu trạng thái rắn - một lĩnh vực hoàn toàn mới mẻ và chưa có ai khai phá tại Trung Quốc.
Nghiên cứu ngách trong "phòng thí nghiệm chuồng gà"
Năm 1978, Chen trở về Trung Quốc và bắt đầu nghiên cứu pin lithium trong điều kiện gần như không có gì trong tay. Trung Quốc khi ấy không sở hữu công nghệ liên quan, không có thiết bị chuyên dụng và cũng không có đội ngũ nhân lực được đào tạo trong lĩnh vực này. Con đường phía trước đầy bất định và nhiều trở ngại.
Năm 1981, với sự hỗ trợ từ Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, ông thành lập phòng thí nghiệm đầu tiên ở Trung Quốc chuyên nghiên cứu sự khuếch tán và vận chuyển ion trong vật liệu rắn nhằm phục vụ mục đích chế tạo pin lithium và các ứng dụng khác trong lĩnh vực năng lượng. Do thiếu cơ sở vật chất, nhóm nghiên cứu đã phải cải tạo một khu chăn nuôi gà thành phòng thí nghiệm. Giữa căn phòng vẫn còn một cột điện cũ, và nước dột xuống sàn mỗi khi trời mưa.
"Vào thời điểm đó, nghiên cứu về vật liệu pin lithium là một lĩnh vực ngách với tương lai đầy bất định," Dong Ming, một trong những học trò của Chen, cho biết. "Để lựa chọn con đường này, không chỉ cần tầm nhìn sắc bén mà còn phải có bản lĩnh và sự dũng cảm."
Vì lithium sulfide (Li2S) - nguyên liệu thô quan trọng để tổng hợp lithium nitride (Li3N) - không có sẵn ở thị trường trong nước, Chen tự điều chế nó bằng cách cho lưu huỳnh phản ứng với lithium kim loại nóng chảy. Ông đã sử dụng các thiết bị thô sơ để lắp ráp, tạo ra một hệ thống phản ứng khép kín tạm thời. Ông dẫn bột lưu huỳnh qua ống thủy tinh để duy trì chân không ở mức tương đối.
Đó là một quá trình nguy hiểm. "Có lần, lửa bốc ra khỏi ống ngay khi lưu huỳnh tiếp xúc với lithium," Chen kể. "Tôi lập tức lùi lại. May mắn tôi không bị bỏng."
Dù điều kiện làm việc rất thiếu thốn, Chen và các cộng sự đã công bố hơn 30 bài báo chỉ trong ba năm. Ông và đội ngũ làm việc suốt ngày đêm, chỉ nghỉ ngơi một chút giữa giờ. Đến năm 1988, nhóm của Chen đã tạo ra được pin lithium thể rắn đầu tiên của Trung Quốc, mặc dù việc thương mại hóa nó vẫn còn xa vời vợi.
Từ bỏ để tiến xa hơn
Cục diện thay đổi mạnh mẽ vào năm 1991 khi tập đoàn Sony của Nhật Bản tuyên bố thương mại hóa pin lithium-ion sử dụng chất điện phân dạng lỏng, trong khi đó nghiên cứu về pin thể rắn chưa thể đưa vào sản xuất đại trà.
Chen nhận ra, nếu tiếp tục con đường đã theo đuổi 10 năm đó thì có nguy cơ bỏ lỡ cơ hội phát triển ngành công nghiệp pin đang hình thành. Ông quyết định tạm gác hướng nghiên cứu đã dày công gây dựng để chuyển toàn bộ trọng tâm sang pin lithium-ion sử dụng chất điện phân lỏng. Thay vì theo đuổi công nghệ "tốt nhất" nhưng chưa biết bao giờ mới ứng dụng được, Chen chọn công nghệ trưởng thành để nhanh chóng xây dựng năng lực sản xuất trong nước.
"Nghiên cứu của chúng tôi luôn được định hướng bởi nhu cầu chiến lược của đất nước. Chúng tôi không chỉ cần tạo ra những thành tựu mang tính đột phá trong khoa học cơ bản mà còn phải đưa chúng vào quá trình công nghiệp hóa, biến những bài báo tốt thành những sản phẩm tốt nhằm thúc đẩy đất nước phát triển," ông nói.
Nguồn kinh phí lúc bấy giờ rất hạn chế. Ngoài khoản hỗ trợ của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, nhóm của Chen còn phải thuyết phục các doanh nghiệp tư nhân tham gia đầu tư. Đến năm 1995, nhóm đã phát triển thành công pin lithium-ion sử dụng chất điện phân lỏng đầu tiên của Trung Quốc. Ba năm sau, họ hoàn thành dây chuyền sản xuất thí điểm đầu tiên, có khả năng sản xuất 200.000 pin hình trụ mỗi năm bằng cách sử dụng thiết bị và nguyên vật liệu trong nước.
Tuy nhiên, trong thiếu thốn, mọi thứ không hề dễ dàng. Trong quá trình xây dựng dây chuyền sản xuất thử nghiệm, chiếc máy tráng phủ điện cực (coating machine) quá cồng kềnh để đưa vào thang máy, buộc nhóm phải kéo thủ công bằng cầu thang.
Huang Xuejie, nhà nghiên cứu tại Viện Vật lý, nhớ lại rằng sợi cáp thép dùng để nâng cỗ máy nặng nửa tấn bất ngờ bị đứt khi thiết bị đang ở khoảng giữa tầng hai và tầng ba.
"Nó lập tức trượt xuống. Ba người chúng tôi đứng gần nó nhất - gồm cả Chen, đã ngoài 50 tuổi - theo phản xạ lao người vào giữ lấy cỗ máy," Huang kể. "Thiết bị nghiêng sang một bên, đập mạnh vào tường và lan can cầu thang, nhưng cuối cùng vẫn trụ vững. Chúng tôi đã cứu được thiết bị."
"Chen luôn là người xông pha. Đó là lý do chúng tôi luôn sẵn sàng sát cánh cùng ông ấy," Huang nói thêm.
Học trò của Chen Liquan là lãnh đạo của CALT, nhà cung cấp pin xe điện lớn nhất thế giới. Trong ảnh: Trụ sở chính của CATL tại Ninh Đức, Trung Quốc. Nguồn: CATL
Nghiên cứu vật liệu mở đường cho thế hệ pin mật độ năng lượng cao
Nhưng việc làm chủ công nghệ sản xuất mới chỉ là bước khởi đầu. Khi nền tảng của ngành pin lithium-ion đã hình thành, câu hỏi tiếp theo là làm thế nào để tạo ra những thế hệ pin có mật độ năng lượng cao hơn. Câu trả lời của ông nằm ở chính vật liệu điện cực.
Chen là người đầu tiên trên thế giới sử dụng silicon cấu trúc nano làm vật liệu điện cực âm dung lượng cao cho pin lithium-ion vào năm 1997. Khi đó, hầu hết pin lithium-ion đều sử dụng điện cực âm bằng than chì (graphite), vốn đã tiến gần giới hạn về khả năng lưu trữ năng lượng. Silicon có thể lưu trữ lượng ion lithium lớn gấp chục lần graphite, mở ra triển vọng chế tạo những viên pin có mật độ năng lượng cao hơn đáng kể. Hướng nghiên cứu này về sau được cộng đồng khoa học quốc tế xem là một trong những nền tảng của thế hệ pin lithium-ion mới.
Nếu quyết định "quay xe" vào năm 1991 giúp Trung Quốc không bỏ lỡ cuộc cách mạng pin lithium-ion, thì hướng nghiên cứu silicon nano thể hiện tham vọng tiến lên dẫn đầu công nghệ. Đối với ông, một quốc gia không thể chỉ mạnh ở nghiên cứu mà còn phải làm chủ toàn bộ chuỗi giá trị, từ vật liệu, thiết bị đến sản xuất quy mô lớn. Tư duy này góp phần định hình cách phát triển của ngành pin Trung Quốc trong nhiều thập niên sau.
Theo lời khuyên của Chen, công ty Amperex Technology Limited (ATL) được thành lập vào năm 1999 nhằm phát triển và thương mại hóa pin lithium-ion. Mảng kinh doanh pin năng lượng của công ty do Zeng Yuqun (học trò của Chen) lãnh đạo sau này tách ra thành công ty Contemporary Amperex Technology Limited (CATL), hiện là nhà cung cấp pin xe điện lớn nhất thế giới, chiếm hơn một phần ba tổng lượng hàng xuất khẩu toàn cầu.
Ông dành nhiều tâm sức xây dựng phòng thí nghiệm, đào tạo nhân lực và thúc đẩy hợp tác giữa giới nghiên cứu với doanh nghiệp. Chính mạng lưới ấy đã tạo nên lực lượng khoa học và kỹ thuật đủ sức đưa Trung Quốc trở thành trung tâm sản xuất pin lithium toàn cầu.
Năm 2000, Trung Quốc đưa xe điện vào Chương trình 863 - chương trình phát triển công nghệ cao do Chính phủ tài trợ - qua đó tạo nền tảng vững chắc cho sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp pin và xe điện trong nước. Đến năm 2014, Trung Quốc trở thành quốc gia sản xuất pin lithium lớn nhất thế giới, và đến thời điểm hiện tại chiếm khoảng 80% sản lượng toàn cầu.
'Để một quốc gia tiến lên, phải có tầm nhìn riêng'
Khi pin lithium-ion dùng chất điện phân lỏng được thương mại hóa rộng rãi, Chen lại quay về với mục tiêu cũ.
Pin mật độ năng lượng cao do Công ty WELION của Chen Liquan và học trò sản xuất, được lắp đặt phổ biến trên xe điện của NIO và nhiều hãng xe nổi tiếng khác. Trong ảnh: Một trạm đổi pin của NIO tại Trung Quốc. Nguồn: NIO
Ông cho rằng pin lithium điện phân lỏng đang tiến gần tới ngưỡng giới hạn vật lý về mật độ năng lượng khoảng 300 Wh/kg (đơn vị chỉ lượng điện năng pin có thể lưu trữ trên mỗi kilôgam khối lượng). Các nỗ lực nâng cao hiệu suất sẽ phải đối mặt với nhiều rào cản kỹ thuật và vấn đề an toàn. Vì vậy, pin lithium thể rắn là hướng phát triển tất yếu vì công nghệ này vừa nâng cao mật độ năng lượng vừa tăng mức độ an toàn, hơn nữa chi phí sản xuất trên quy mô lớn lại thấp hơn.
Năm 2016, Chen cùng học trò Li Hong phát triển công nghệ "đông đặc tại chỗ", cho phép chất điện phân chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn ngay bên trong pin. Hướng tiếp cận này giải quyết một trong những thách thức lớn nhất của pin thể rắn là sự tiếp xúc giữa điện cực và chất điện phân. Cũng trong năm đó, họ thành lập công ty Beijing WELION New Energy Technology Co., Ltd để thương mại hóa công nghệ mới. Đến năm 2023, các tế bào pin của họ đạt mật độ năng lượng 360 Wh/kg, cao nhất thế giới đối với pin xe điện sản xuất hàng loạt, cho phép xe di chuyển quãng đường 1.000 km chỉ với một lần sạc. Chúng được lắp đặt phổ biến trên xe điện của NIO và nhiều hãng xe nổi tiếng khác.
"Chen chưa bao giờ từ bỏ con đường nghiên cứu pin thể rắn. Ông chỉ chờ tới khi điều kiện công nghệ đủ chín muồi để tiếp tục hiện thực hóa mục tiêu đó," Li Hong nhận định.
Ngay cả khi pin lithium vẫn tiếp tục phát triển, Chen đã bắt đầu nghiên cứu pin natri-ion và các hệ thống lưu trữ năng lượng mới. Lý do không chỉ xuất phát từ khoa học mà còn từ chiến lược tài nguyên. Theo ông, một quốc gia không thể chỉ dựa vào một loại vật liệu hay một hướng công nghệ. Sự đa dạng về giải pháp năng lượng sẽ tạo ra khả năng thích ứng lâu dài.
"Để một quốc gia tiến lên, chúng ta không thể chỉ đơn thuần sao chép những gì người khác đã làm. Chúng ta phải có tầm nhìn riêng. Nếu thiếu tư duy đổi mới sáng tạo, chúng ta không thể duy trì vị thế dẫn đầu," Chen nói.
Quốc Hùng tổng hợp
---
Tài liệu tham khảo:
1. Chen Liquan, Founding Father of China's Battery Industry. https://english.cas.cn/newsroom/scientists-cas/202607/t20260709_1176908.shtml
2. Profile: Pioneering explorer behind China's new energy revolution. . http://www.china.org.cn/china/Off_the_Wire/2025-02/14/content_117713437.htm
3. Lithium battery innovator honored for making China an intl powerhouse. https://www.chinadaily.com.cn/a/202607/09/WS6a4ef5e6a310986e2b464472.html
4. Top honour for China battery industry ‘founding father’ Chen Liquan. https://www.batteriesinternational.com/news/top-honour-for-china-battery-industry-founding-father-chen-liquan/
5. Forty years of research on solid metallic lithium batteries: an interview with Liquan Chen. https://academic.oup.com/nsr/article/4/1/106/3052671?