Tóm tắt nhanh: Pin điện hoá đầu tiên do Alessandro Volta chế tạo năm 1800 — một chồng đĩa kẽm và đồng ngăn cách bằng bìa ngâm nước muối. Sau 226 năm, cùng nguyên lý ấy được thu nhỏ thành viên pin lithium-ion mật độ 250-300 Wh/kg, gấp khoảng năm lần pin axit-chì, và đó là lý do điện thoại trong túi bạn mỏng được như bây giờ.
Cái pin dự phòng nằm trong túi bạn lúc này nặng chừng 400 gram, sạc đầy iPhone được bốn tới năm lần. Hai trăm hai mươi sáu năm trước, để tạo ra dòng điện yếu hơn thế rất nhiều, người ta phải xếp chồng vài chục đĩa kim loại cao gần bằng cẳng tay — và nó rỉ nước muối ra bàn.
Ai phát minh ra pin đầu tiên?
Alessandro Volta, năm 1800. Ông xếp xen kẽ đĩa kẽm và đĩa đồng, giữa mỗi cặp lót một miếng bìa ngâm nước muối. Đó là nguồn điện một chiều liên tục đầu tiên của loài người, và đơn vị "vôn" mang tên ông từ đó.
Chuyện thú vị là nó bắt đầu từ một cuộc cãi nhau. Luigi Galvani mổ ếch, thấy chân ếch co giật khi chạm dao kim loại, rồi kết luận có "điện động vật" nằm sẵn trong cơ thể sinh vật. Volta không tin — ông cho rằng con ếch chỉ đóng vai dây dẫn, còn điện sinh ra ở chỗ hai kim loại khác nhau tiếp xúc. Chồng đĩa kẽm-đồng chính là bằng chứng ông dựng lên để phản bác, và nó mở ra cả ngành điện hoá.
Chỉ vài tuần sau, hai nhà khoa học Anh dùng pin Volta để tách nước thành hydro và oxy. Nhược điểm thì rõ: điện áp tụt nhanh, nước muối chảy ra ngoài, đĩa kẽm mòn ngay cả khi không dùng. Nhưng lần đầu tiên con người có nguồn điện chảy liên tục để mà nghiên cứu.
Vì sao pin Volta chỉ chạy được khoảng một giờ?
Vì bọt khí hydro bám vào tấm đồng và chặn dòng điện lại — hiện tượng gọi là phân cực. Năm 1836, John Frederic Daniell giải quyết bằng cách tách pin làm hai ngăn: kẽm ngâm axit sulfuric, đồng ngâm dung dịch đồng sunfat, ngăn cách bằng vách xốp. Pin chạy ổn định suốt nhiều giờ liền.
Pin Daniell trở thành nguồn điện tiêu chuẩn của mạng lưới điện báo trong nhiều thập kỷ. Nói cách khác, những bức điện tín vượt đại dương đầu tiên chạy bằng thứ pin này.
Viên pin AA trong điều khiển TV bắt nguồn từ đâu?
Từ pin Leclanché năm 1866. Georges Leclanché ghép kẽm với mangan dioxit trong dung dịch amoni clorua — rẻ, dễ sản xuất, không phải châm axit thường xuyên. Pin kẽm-carbon và pin kiềm (alkaline) bán ngoài tiệm hôm nay về bản chất hoá học vẫn là con cháu trực hệ của thiết kế đó.
Bước ngoặt thật sự đến khoảng ba mươi năm sau, khi người ta thay dung dịch lỏng bằng hồ nhão: pin khô ra đời. Không đổ, mang theo được — và đó là lúc pin rời phòng thí nghiệm để chui vào túi quần.
Pin sạc lại có từ bao giờ?
Từ năm 1859, sớm hơn nhiều người nghĩ. Gaston Planté làm ra pin axit-chì: nạp điện vào là dùng lại được. Nặng và cồng kềnh, nhưng cho dòng phóng lớn, nên đến giờ nó vẫn nằm dưới nắp capo xe hơi của bạn với nguyên lý gần như không đổi sau 167 năm.
Năm 1899, Waldemar Jungner giới thiệu pin niken-cadmi (NiCd): nhẹ hơn, sạc được nhiều lần hơn. Đổi lại, cadmi rất độc và pin mắc "hiệu ứng nhớ" — sạc khi chưa cạn thì lần sau dung lượng tụt. Ai từng dùng điện thoại cục gạch thập niên 90 và được dặn "phải xả cạn rồi mới sạc" thì đó chính là di chứng của thời NiCd, chứ pin bây giờ không cần vậy nữa.
Lithium-ion thay đổi điều gì?
Nó thay đổi mật độ năng lượng. Sony thương mại hoá pin lithium-ion đầu tiên năm 1991, dựa trên nghiên cứu của John Goodenough, Stanley Whittingham và Akira Yoshino — ba người cùng nhận giải Nobel Hoá học năm 2019. Lithium-ion chứa khoảng 250-300 Wh mỗi kilogram, gấp chừng năm lần pin axit-chì.
Con số đó đẻ ra điện thoại thông minh, laptop mỏng, tai nghe không dây và xe điện. Không có nó, mọi thiết bị bạn đang dùng đều phải to hơn hoặc chạy ngắn hơn nhiều. Biến thể phổ biến hôm nay là lithium polymer: vẫn hoá học lithium-ion, nhưng chất điện phân dạng gel nên ép mỏng và tạo hình linh hoạt được.
226 năm lịch sử pin, gói trong một bảng
| Năm | Loại pin | Người phát minh | Đặc điểm chính |
|---|---|---|---|
| 1800 | Pin Volta | Alessandro Volta | Nguồn điện liên tục đầu tiên, chạy khoảng 1 giờ |
| 1836 | Pin Daniell | John Frederic Daniell | Ổn định nhiều giờ, cấp điện cho mạng điện báo |
| 1859 | Axit-chì | Gaston Planté | Pin sạc lại đầu tiên, đến nay vẫn dùng cho ô tô |
| 1866 | Leclanché | Georges Leclanché | Rẻ, là tiền thân của pin AA hiện đại |
| 1899 | NiCd | Waldemar Jungner | Sạc nhiều lần, độc, có hiệu ứng nhớ |
| 1991 | Lithium-ion | Sony thương mại hoá | 250-300 Wh/kg, mở đường cho thiết bị di động |
| 2026 | Lithium polymer | — | Cell gel ép mỏng, sạc nhanh 20-22.5W, cáp liền thân |
Thế hệ pin dự phòng hôm nay trông như thế nào?
Nếu muốn thấy tận mắt quãng đường 226 năm đó kết thúc ở đâu, cứ nhìn một cục pin dự phòng đời mới. OH-P305 là ví dụ dễ hình dung: 30.000mAh chứa trong ba cell lithium polymer, nặng chưa tới nửa ký, mà cấp điện được cho cả nhóm bạn trong một chuyến đi cuối tuần.
Ba thứ đáng chú ý ở thế hệ này, mà pin của Volta hay Leclanché đều không có:
- Cáp liền thân — Type-C và Lightning gắn sẵn trên vỏ, không phải nhớ mang dây.
- Sạc nhanh hai chiều — ra 22.5W qua USB-A, 20W PD qua Type-C, và bản thân nó nạp lại bằng 18W.
- Màn hình LED phần trăm — biết chính xác còn bao nhiêu, thay vì đoán qua bốn cái đèn nhấp nháy.
Cần gọn nhẹ hơn để bỏ túi quần mỗi ngày thì có bản 10.000mAh OH-P301W; muốn mức trung dung thì OH-P204 20.000mAh. Xem đủ dòng tại danh mục pin dự phòng, hoặc ghép cùng củ sạc GaN để rút ngắn thời gian nạp lại.
Làm sao để pin lithium-ion sống lâu hơn?
Ba nguyên tắc, ngắn gọn: giữ mức pin trong khoảng 20-80% khi có thể, tránh nhiệt độ cao, và đừng để pin cạn kiệt 0% nằm im nhiều ngày.
Nhiệt mới là kẻ giết pin thật sự. Để cục pin dự phòng trong xe hơi đậu ngoài nắng trưa Sài Gòn — khoang xe có thể lên 60-70°C — gây hại nhiều hơn cả trăm lần sạc bình thường. Pin phồng gần như luôn bắt nguồn từ nhiệt hoặc va đập mạnh, chứ hiếm khi do "sạc qua đêm" như nhiều người vẫn sợ.
Còn lời khuyên "sạc lần đầu phải đủ 8 tiếng"? Đúng với pin NiCd của ba mươi năm trước, và đã hết đúng từ lâu.
Câu hỏi thường gặp
Pin đầu tiên trên thế giới ra đời năm nào?
Năm 1800, do Alessandro Volta chế tạo — chồng đĩa kẽm và đồng ngăn cách bằng bìa ngâm nước muối, gọi là pin Volta. Trước đó, năm 1938 người ta tìm thấy "pin Baghdad" — bình gốm chứa thanh đồng và sắt, niên đại khoảng 250 trước Công nguyên — nhưng công dụng thật của nó vẫn đang tranh cãi.
Pin lithium-ion và lithium polymer khác nhau ra sao?
Cùng hoá học lithium-ion, khác ở chất điện phân. Bản lithium polymer dùng gel thay dung dịch lỏng nên ép mỏng và tạo hình linh hoạt hơn, an toàn hơn khi bị móp, thường thấy trong điện thoại và pin dự phòng.
Pin dự phòng 30.000mAh sạc đầy iPhone được mấy lần?
Khoảng 4-5 lần. Pin iPhone dao động 3.300-4.400mAh tuỳ đời máy, nhưng do hao hụt khi chuyển đổi điện áp, thực tế bạn chỉ nhận được chừng 60-70% dung lượng ghi trên vỏ.
Vì sao pin bị phồng và có nên dùng tiếp không?
Pin phồng do khí sinh ra khi chất điện phân phân huỷ, thường vì nhiệt độ cao, sạc quá mức kéo dài hoặc cell bị va đập. Ngưng dùng ngay, không chọc thủng, không vứt vào thùng rác thường mà mang tới điểm thu gom pin.
Sạc qua đêm có hại pin không?
Với thiết bị đời mới thì gần như không, vì mạch sạc tự ngắt khi đầy. Cái hại nằm ở chỗ pin bị giữ ở mức 100% liên tục trong môi trường nóng — nên nếu sạc qua đêm, hãy để máy ở nơi thoáng và bỏ ốp dày ra.
Kết
Hai trăm hai mươi sáu năm, từ chồng đĩa kim loại rỉ nước muối trên bàn làm việc của Volta đến cục pin bỏ vừa túi áo. Điều buồn cười là nguyên lý cốt lõi không đổi: vẫn là hai vật liệu khác nhau, một chất dẫn ở giữa, và dòng electron chạy từ bên này sang bên kia. Thứ thay đổi là chúng ta nhét được nhiều năng lượng hơn vào chỗ nhỏ hơn — nhiều đến mức không còn ai để ý mình đang mang theo cả một nhà máy điện tí hon.
Ảnh tư liệu: Wikimedia Commons (phạm vi công cộng).