Dùng thứ bỏ đi để sản xuất pin lithium giá rẻ, dung lượng vượt trội so với loại đang có

Các nhà nghiên cứu cho biết trong một bài báo đăng tải trên tạp chí Nature: “Pin lithium-ion than chì cực dương đã đạt đến mức trần của mật độ năng lượng là 300Wh/kg, nhưng không thể đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của xe điện.”

Nhóm cho hay: “Công nghệ cực dương silicon được coi là yếu tố ‘thay đổi cuộc chơi’ đối với pin lithium-ion do có công suất lớn hơn nhiều so với than chì phổ biến, có lợi thế về cả số lượng lẫn chất lượng.”

Khi được chế tạo thành dạng pin dạng túi – loại pin lithium-ion có thiết kế nhẹ, linh hoạt, được dùng để cung cấp năng lượng cho xe điện và xe hybrid, pin cực dương và chất điện phân đạt mật độ năng lượng 340 Wh/kg trong 80 chu kỳ sạc và xả, vượt xa dung lượng của pin cực dương than chì thông thường. Các cực dương silicon giá rẻ có hiệu suất coulomb trung bình (hiệu suất sạc) là 99,9% và có thể giữ lại 83,1% dung lượng sau 200 chu kỳ sạc.

Dong Tiantian, đồng tác giả của bài báo, cho biết: “Việc tìm nguồn cung silicon bền vững từ các tấm pin mặt trời bỏ đi giúp giảm thiểu cả tác động về kinh tế và môi trường của chất thải quang điện. Việc chuyển đổi chất thải thành các thành pin giúp giảm đáng kể chi phi của pin lithium-ion và khả năng tiếp cận đối với sản phẩm này.”

Hiện tại, các cực dương than chì được sử dụng trong pin xe điện trên toàn cầu, nhưng sản lượng của phần lớn phụ thuộc vào hoạt động sản xuất và xuất khẩu than chì của Trung Quốc. Theo Reuters, hơn 90% than chì được sử dụng trong cực dương của xe điện đến từ Trung Quốc – nước sản xuất và xuất khẩu than chì hàng đầu thế giới.

Năm ngoái, Trung Quốc đã hạn chế xuất khẩu than chì, yêu cầu giấy phép xuất khẩu với một số sản phẩm. Động thái này có thể nhằm mục đích đáp trả các biện pháp hạn chế của phương Tây với xuất khẩu xe điện của Trung Quốc.

Reuters đưa tin, trữ lượng than chì của thế giới vẫn thấp, dù ngành này đang hướng đến sản xuất than chì tổng hợp – loại nhiên liệu tiêu tốn nhiều năng lượng, để đáp ứng nhu cầu. Do đó, silicon là một giải pháp thay thế tiềm năng vì đây là nguyên tố phổ biến thứ 2 trong lớp vỏ Trái đất và có ở khắp nơi trên thế giới.

Dẫu vậy, một số trở ngại đã hạn chế việc thương mại hoá các cực dương silicon, bao gồm tình trạng nứt gãy cơ học của silicon. Silicon nano từng được sử dụng để khắc phục một số vấn đề nhưng quy trình sản xuất tốn kém hơn và chậm hơn. Do đó, các nhà nghiên cứu đã sử dụng các hạt kích thước siêu nhỏ có nguồn gốc từ silicon có trong các tấm pin mặt trời.

Đồng tác giả của bài báo Liu Tao nói biết: “Nghiên cứu này không chỉ chỉ ra một nguồn cung cấp bền vững hơn cho các hạt silicon mà còn giải quyết những thách thức lớn mà vật liệu cực dương silicon có kích thước siêu nhỏ đang phải đối mặt.”

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng kỳ trung gian chất điện phân rắn (SEI) – một lớp được tạo ra trên cực dương của pin lithium-ion trong vài chu kỳ sạc đầu tiên, nhằm giúp giảm tác động của hiện tượng nứt gãy và các phản ứng không mong muốn khác. Các cực dương và chất điện phân lithium hexafluorophosphate đã chứng minh được tính ổn định khi hoạt động ở nhiệt độ từ -10 đến 55 độ C.

Cui Guanlei, tác giả của nghiên cứu và giáo sư tại Viện Thanh Đảo cho biết: “Bằng cách sử dụng vật liệu tái chế và kỹ thuật hóa học hiện đại, chúng tôi đã chứng minh rằng pin lithium-ion hiệu suất cao và bền vững với môi trường không chỉ khả thi mà còn rất tiềm năng.”

Giáo sư chia sẻ ông lạc quan rằng công trình của họ có thể giúp tạo ra pin thế hệ tiếp theo để sử dụng cho cả xe điện và lưu trữ năng lượng trên quy mô lớn.

Tham khảo SCMP