Bạn chắc chắn hiểu cảm giác.
Khi điện thoại của bạn phát ra tiếng não nề cuối cùng "bleep"
và cắt ngang bạn giữa cuộc gọi.
Vào lúc đó, có lẽ bạn chỉ muốn ném phắt viên pin đi
hơn là cám ơn ca ngợi nó,
nhưng những viên pin thật sự là một thành tựu khoa học.
Chúng cho phép điện thoại thông minh và những công nghệ khác tồn tại
mà không cần gắn chặt chúng ta vào mớ dây nguồn rối rắm.
Nhưng ngay cả những viên pin tốt nhất cũng cạn năng lượng mỗi ngày,
mất dần dung lượng cho đến khi chúng chết hẳn.
Vậy tại sao điều này xảy ra,
và thế nào mà ban đầu những viên pin lại chứa được một năng lượng thật lớn?
Tất cả bắt đầu vào những năm 1780 với hai nhà khoa học người Ý,
Luigi Galvani và Alessandro Volta,
cùng với một con ếch.
Truyền thuyết kể rằng khi Galvani đang nghiên cứu về chân ếch,
ông dùng một dụng cụ kim loại cọ lên những dây thần kinh của ếch
khiến cơ bắp nó co giật.
Galvani gọi đó là điện thân thể,
tin rằng nó có thể được chứa trong nhiều dạng sống.
Nhưng Volta không đồng ý,
phản đối rằng chính kim loại làm chân ếch co lại.
Cuộc tranh luận cuối cùng cũng kết thúc bằng thí nghiệm đột phá của Volta.
Ông thí nghiệm ý tưởng của mình với một chồng xen kẽ các lớp đồng và kẽm,
ngăn cách chúng bằng giấy hoặc vải có tẩm dung dịch muối.
Những gì xảy ra trong viên pin của Volta hiện nay được gọi là oxi hoá-khử.
Kẽm bị oxi hoá nghĩa là nó mất đi electron,
sau đó, trong quá trình khử, ion trong nước nhận electron,
tạo ra khí hydro.
Volta có lẽ sẽ sốc khi biết về kết luận thứ hai.
Ông tường rằng phản ứng xảy ra ở đồng,
thay vì trong dung dịch.
Tuy vậy, ngày nay chúng ta vẫn trân trọng phát hiện của Volta
bằng cách đặt tên đơn vị chuẩn của điện thế là "volt".
Vòng tuần hoàn oxi hoá-khử tạo ra dòng điện giữa hai chất
và nếu bạn gắn một bóng đèn hoặc máy hút bụi giữa chúng,
bạn sẽ tạo ra năng lượng cho nó.
Từ những năm 1700, các nhà khoa học đã phát triển thiết kế của Volta.
Họ thay thế dung dịch bằng viên pin khô chứa những chất đặc quánh,
nhưng nguyên lí thì vẫn như vậy.
Kim loại bị oxi hoá sẽ gửi đi những electron để làm một số việc
trước khi chúng bị thu lại bởi quá trình khử.
Nhưng lượng kim loại của viên pin nào cũng có giới hạn,
và khi chúng bị oxi hoá gần hết , viên pin sẽ "ra đi".
Cho nên, một viên pin sạc mang đến giải pháp tạm thời cho vấn đề này
bằng cách làm cho phản ứng oxi hóa-khử xảy ra theo chiều ngược lại.
Electron có thể được phải phóng theo chiều ngược lại
bằng cách đặt vào đó một dòng điện.
Cắm sạc vào ổ cắm trên tường để lấy điện
sẽ làm xảy ra phản ứng để tái tạo kim loại,
tạo ra nhiều electron sẵn sàng bị oxi hóa trong lần dùng kế tiếp.
Nhưng cũng không thể sạc được mãi mãi.
Việc lặp đi lặp lại quá trình này theo thời gian tạo ra những khiếm khuyết
và sự nhấp nhô trên bề mặt kim loại ngăn cản chúng bị oxi hóa hoàn toàn.
Electron không thể tiếp tục chạy thông suốt trong mạch
và viên pin sẽ chết.
Qua những lần nạp lại mỗi ngày
pin sẽ hỏng chỉ sau vài trăm chu kì nạp-xả,
nhưng một viên pin mới và tiên tiến hơn có thể duy trì và dùng được vài ngàn lần.
Pin tương lai sẽ là những tấm nhẹ, mỏng
hoạt động dựa trên nguyên lí của vật lí lượng tử
và chịu được hàng trăm ngàn lần sạc.
Nhưng trong khi các nhà khoa học vẫn tìm cách lợi dụng sự chuyển động
để sạc lại viên pin của bạn, như kiểu của xe hơi,
hay lắp pin mặt trời vào đâu đó trong thiết bị của bạn,
hãy cắm cục sạc của bạn vào tường,
thay vì dùng một viên pin để sạc một viên khác
là cách tốt nhất để ngăn chặn tiếng "bleep" chết người.