John B. Goodenough: Tôi chẳng qua là may mắn ở đúng nơi, đúng lúc
Vào cuối thập kỷ 1940, một chàng trai xấp xỉ 30 tuổi đến xin ghi tên vào hoc ngành Vật lý ở Đại học Chicago, viên chức phụ trách đăng ký mỉa mai hỏi “Này anh bạn, anh có biết có ai đã làm nên điều gì hay ho khi ở tuổi của anh mà mới đăng ký học Vật lý?”
Phát minh về công nghệ của J.B. Goodenough đã góp phần tạo nên pin lithium-ion phổ biến hiện nay. Nguồn: trường Đại học Texas
Chàng trai đó chính là John B. Goodenough, năm nay 97 tuổi, ngày 9/10/2019 vừa được trao giải Nobel Hóa học 2019 về những đóng góp phát triển nên Pin Lithium-ion, mà chỉ riêng năm nay doanh số trên thế giới đã xấp xỉ 100 tỷ USD.
J.B. Goodenough nổi tiếng trong cộng đồng học thuật với rất nhiều đóng góp quan trọng cho các lĩnh vực vật lý, hóa học và kỹ thuật, trong đó có phát minh về công nghệ tạo nên pin lithium-ion phổ biến hiện nay. Kích thước và hình dạng của pin này chỉ cỡ một thanh kẹo cao su, bề ngoài nhìn như miếng nhựa và kim loại nhỏ nhoi, nhưng đó là trái tim đang đập của điện thoại di động, máy tính xách tay, máy ảnh kỹ thuật số của bạn, thậm chí cả máy khoan điện, xe điện… của bạn. Ở cùng độ tuổi của ông ấy, hầu như tất cả các đồng nghiệp đã rời nhiệm sở và phòng thí nghiệm từ lâu, nhưng Goodenough vẫn làm việc toàn thời gian, công bố các phát hiện của mình và hướng dẫn các nhà nghiên cứu trẻ. Ông đang muốn tạo ra một bước đột phá lớn về dự trữ năng lượng khác nữa, một cái gì đó cỡ có thể giúp cho việc chế tạo được các thiết bị điện tử tiêu dùng có giá cả phải chăng và sử dụng thuận tiện hơn. Ông tâm sự “Tôi đang cố gắng hết sức để đưa chúng ta đến điểm mà chúng ta có thể tự cai sữa khỏi nhiên liệu hóa thạch. Chúng ta không có nhiều thời gian nữa đâu”.
Đường vòng tới khoa học
Con đường học hành của Goodenough thật quanh co: lớn lên vào những năm 1920 tại một khu nhà ở nông thôn bên ngoài New Haven, Connecticut, là một đứa trẻ tò mò, và khát vọng nghề nghiệp đầu tiên vào năm 10 tuổi, là trở thành một nhà thám hiểm.
Mặc dù cha anh, một giáo sư lịch sử tại Yale, đã kiếm được một mức lương tốt, nhưng bố mẹ anh đã chi tiêu vượt quá khả năng của họ, cuộc sống gia đình luôn căng thẳng. Chẳng may, Goodenough mắc chứng bệnh khó đọc (dyslexia), khiến việc đọc trở nên khó khăn. Suốt thời gian đi học phổ thông, Goodenough được coi là một học sinh kém, “Tôi biết tôi không thông minh”, Goodenough tự thú nhận. Anh học toán tại Đại học Yale, tự trả học phí bằng tiền dạy kèm. Thế chiến II nổ ra, anh nhập ngũ và phục vụ quân đội trong vai trò nhà khí tượng học. Sau khi giải ngũ, anh đang định về học trường luật thì một cựu giáo sư đề nghị anh tham gia một chương trình liên bang đưa các cựu chiến binh vào học sau đại học (graduate &Ph.D) về toán và vật lý tại Đại học Chicago. Goodenough hoàn thành khóa học tiến sĩ một cách xuất sắc. Anh cũng gặp một sinh viên tốt nghiệp lịch sử tên là Irene Wiseman. Cô thích tranh luận về triết học và tôn giáo cũng giống như anh, và họ đã yêu nhau qua các cuộc thảo luận kéo dài hàng giờ tại khuôn viên International House. Sau một đám cưới nhỏ vào năm 1951, họ chuyển đến Boston nhận công việc đầu tiên của Goodenough tại MIT. Ở đó, anh chuyên về bộ nhớ cho máy tính thời kỳ sơ khai. Vào những năm 1950, máy tính có kích thước khổng lồ, được tạo thành từ khoảng 18.000 ống chân không thủy tinh tương tự như bóng đèn. Nhưng đèn điện tử chân không tiêu thụ một lượng lớn năng lượng và chiếm nhiều không gian và thường xuyên quá nóng. Vì vậy, Goodenough và nhóm của ông đã tìm ra một thứ tốt hơn bóng chân không nhiều: đó là bộ nhớ bằng lõi từ tính. Hệ thống này đã sử dụng một loạt các vòng từ tính để lưu trữ dữ liệu. Lõi từ nhanh hơn, rẻ hơn và đáng tin cậy hơn, và nó đặt nền tảng cho bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) mà tất cả chúng ta dùng ngày nay.
Sau khi đột phá bộ nhớ lõi từ, Goodenough đã xuất bản một quyển sách về cách thức hoạt động của từ tính ở cấp độ nguyên tử. Định luật Goodenough-Kanamori đã trở thành một bước ngoặt của nghiên cứu hóa học và vật lý chất rắn và cho đến tận ngày nay vẫn là cẩm nang cho các nhà nghiên cứu từ trường và vật liệu từ.
Vào mùa thu năm 1973, 12 quốc gia Trung Đông đã cắt dòng chảy dầu sang Hoa Kỳ để phản đối quốc gia hỗ trợ quân sự của Israel. Cuộc khủng hoảng năng lượng khiến Goodenough suy nghĩ. Điện, năng lượng Mặt trời và năng lượng gió được hứa hẹn, nhưng chưa ai tìm ra công nghệ để làm cho các lựa chọn thay thế này có giá cả phải chăng và có thể mở rộng đại trà. Goodenough băn khoăn, liệu ta có thể là người làm việc đó không?
Tạo ra “bom tấn” từ oxit coban
Năm 1976, Goodenough chuyển đến Oxford, thời gian đó hãng Exxon chế tạo pin lithium-ion có thể sạc lại đầu tiên nhờ vào công việc của một nhà hóa học tên là M. Stanley Whittingham. Nhưng pin của ông, có một lỗi thiết kế lớn: nó thường phát nổ. Với hy vọng tìm ra thứ gì đó ổn định hơn, Goodenough và các nhà nghiên cứu của ông đã bắt đầu mày mò hướng về một nhóm các hợp chất hóa học gọi là oxit kim loại có tính chất chèn Li (Intercarlar). Phải mất bốn năm, vào năm 1980, cuối cùng họ đã thắng lợi: đó là tìm ra oxit coban.
Đó là cathode (cực âm) cho pin lithium-ion đầu tiên có công suất và hiệu suất lớn, đủ để cung cấp năng lượng cho cả các thiết bị nhỏ gọn và tương đối lớn, chất lượng cao, đã làm cho nó vượt trội hơn bất cứ thứ gì trên thị trường. Nó sẽ tạo ra một pin có năng lượng gấp hai đến ba lần so với bất kỳ pin nhiệt độ phòng có thể sạc lại nào khác, với kích thước nhỏ hơn nhiều nhưng lại có hiệu suất tương đương hoặc tốt hơn. Kết quả này đúng là bom tấn!
Xã hội của chúng ta vẫn hoàn toàn phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và chúng ta phải sớm tìm được một giải pháp thay thế. Sự nghiệp này bất cứ ai cũng có thể làm được, không chỉ là Goodenough nữa. Tôi chẳng qua là may mắn ở đúng nơi, đúng lúc. Tôi không nghĩ rằng tôi đã tìm ra một cái gì đó, tôi chỉ nghĩ rằng mình chỉ đóng góp chút gì thêm vào đó thôi, theo GS John B. Goodenough.
Trong vòng một thập kỷ, phát kiến mới của Goodenough đã được hàng triệu thiết bị điện tử dùng đến. Điện thoại di động, máy ảnh và máy tính đều trở nên nhỏ hơn, giá cả phải chăng hơn và phổ biến hơn nhờ cực âm coban-oxit. Nhiều đồng nghiệp của ông thời đó đã cho rằng nếu giải thưởng Nobel không được trao cho phát kiến này thì giải thưởng chỉ là một trò hề.
Dù rằng mọi người cho rằng đây thành tựu sáng giá nhất của Goodenough, một thành tựu nổi tiếng đáng tự hào nhất. Nhưng Goodenough lắc đầu nói rằng “Không phải thế, sở dĩ tôi nổi tiếng chẳng qua là vì họ kiếm được bộn tiền nhờ thành tựu đó thôi mà! “(Trong khi các công ty như Sony kiếm được hàng tỷ đô la, thì Goodenough đã không được một xu tiền bản quyền). Ông nói rằng, ông tự hào hơn về những đóng góp của mình cho khoa học cơ bản và những nhịp cầu mà ông đã kết nối giữa vật lý, hóa học và kỹ thuật. Những khám phá đó ít hấp dẫn hơn và ít lợi nhuận hơn, và chúng không phải là những đề tài dễ dãi cho truyền thông đại chúng.
Vẫn cần thực hiện nhiều nghiên cứu về pin
Trong đời, ông đã nhận nhiều sự tri ân của nước Mỹ như Huy chương Khoa học Quốc gia năm 2011 và Huy chương Công nghệ và Sáng tạo Quốc gia năm 2010, nhận Huy chương từ Tổng thống Obama trong Phòng phía Đông Nhà Trắng vào ngày 1/2/2013.
Trong 29 năm làm việc ở Đại học Texas (UT), Goodenough đã giành được gần như mọi giải thưởng lớn về khoa học và kỹ thuật của thế giới. Giải thưởng Nhật Bản, Giải thưởng Enrico Fermi và Giải thưởng Charles Stark Draper, chỉ là một trong những giải thưởng danh giá nhất. Hàng trăm sinh viên mà ông đã góp sức đào tạo, giúp đỡ này đều đang phát triển sự nghiệp rực rỡ. Nhưng thật bất ngờ, khi bạn hỏi các đồng nghiệp và bạn bè về Goodenough, thì họ không nói nhiều về những thành tựu này. Thay vào đó, họ chỉ luôn luôn ca ngợi về nhân cách của ông: Ông là một hình mẫu cho sự cố gắng và tận tâm. Ông ấy rất tốt bụng và không có gì khiến ông ấy thất vọng. Hiếm có một con người như thế trên thế gian này. Những thành tích khoa học của ông ấy quá lớn, nhưng điều đáng ngưỡng mộ nhất là trái tim và lòng tốt của ông ấy. Từ ông ấy, chúng ta học được cách tập trung vào công việc, sống tích cực mỗi ngày và rồi những điều tốt đẹp sẽ tiếp nối.
Ở tuổi ngoài 95, Goodenough vẫn làm việc toàn thời gian, công bố các phát hiện của mình và hướng dẫn các nhà nghiên cứu trẻ. Nguồn: Wall Street journal
Mỗi chiều lúc 4h00, Goodenough lái chiếc Honda Accord của mình từ văn phòng đến viện dưỡng lão North Austin, nơi Irene hiện đang sống. Cô ấy đang ở giai đoạn cuối của bệnh Alzheimer, và mặc dù không thể nói được nữa, cô ấy siết chặt tay anh ấy trong khi họ xem tin tức. Hơn 64 năm kết hôn, họ đã cùng nhau ăn tối mỗi tối và điều đó đã không thay đổi, ngoại trừ việc bây giờ ông phải đút cho bà ăn, vì bà không thể tự ăn được nữa. Ông vẫn đánh dấu sinh nhật của cô và kỷ niệm ngày cưới của họ bằng cách mang cho bà một bó hoa và một bài thơ viết tay. Ông tâm sự : “Với tôi, mỗi tối đến với cô ấy là rất quan trọng. Tôi đến mỗi tối để cô ấy biết rằng tôi yêu cô ấy. Chúng tôi không có con cái, vì vậy những gì chúng tôi có là chúng tôi có nhau.”
Goodenough thường đi ngủ sớm, sau đó thức dậy và đến văn phòng muộn nhất là 7:30. Ông ấy nói rằng ông ấy chưa bao giờ nghĩ đến việc nghỉ hưu: “Tôi muốn trở nên hữu ích cho đến cuối đời.” Hiện nay ông ấy lại đang nghiên cứu một loại pin thông minh hơn, hiệu quả hơn. Kể từ khi phiên bản pin lithium-ion của ông được tung ra thị trường vào năm 1991, các nhà nghiên cứu khác đã có thể cải thiện khá lớn. Theo Goodough , “Pin mỗi năm lại nhỏ hơn và nhẹ hơn một ít, nhưng sự thay đổi này không đủ cơ bản để biến ô tô điện trở thành một lựa chọn khả thi cho hầu hết các lái xe. Những gì chúng ta cần không phải là một sự cải tiến dần dần, mà là một bước nhảy vọt. Xã hội của chúng ta vẫn hoàn toàn phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và chúng ta phải sớm tìm được một giải pháp thay thế. Sự nghiệp này bất cứ ai cũng có thể làm được, nhưng không phải là Goodenough nữa. Tôi chẳng qua là may mắn ở đúng nơi, đúng lúc. Tôi không nghĩ rằng tôi đã tìm ra một cái gì đó, tôi chỉ nghĩ rằng tôi chỉ đóng góp chút gì thêm vào đó thôi (I happened to be in the right place at the right time. And I don’t think about what I get out of something, I think about what I put into it”).
(GS Trần Xuân Hoài lược thuật theo bài The Inventor của Rose Cahalan trên Texas Ecess năm 2015)
“Tôi vừa trình bày về pin lithium-ion tại seminar của CafeVL ngày 3/10/2019 tại Viện Vật lý (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam). Dù rất tốt nhưng hiện pin vẫn đạt chưa nổi một nửa chất lượng theo lý thuyết, vì vậy con đường vẫn còn rất dài và cánh cửa còn rất rộng mở cho các nhà vật lý – hóa học – công nghệ trẻ của Việt Nam tham gia, và là một miếng bánh rất tốt và đầy tiềm năng sinh lời cho các nhà doanh nghiệp có tham vọng. Tiếc rằng hơn 25 năm trước, tôi đã đề xuất và khuyến cáo Việt Nam nên nhanh chóng tham gia vào lĩnh vực rất tiềm năng và dễ đồng hành cùng thế giới. Tuy nhiên không mấy người lưu tâm trong khi Trung Quốc đã chớp lấy cơ hội và từ số không, vươn lên vị trí gần như số 1 thế giới trong lĩnh vực này”, Giáo sư Trần Xuân Hoài cho biết.
Theo khoahocphattrien.vn
