Các nhà nghiên cứu tại Đại học Cornell vừa phát triển một phương pháp tái chế pin lithium-ion hoàn toàn mới. Thay vì nghiền nát pin thành nguyên liệu thô, công nghệ này cho phép phục hồi trực tiếp các điện cực đã xuống cấp.
Phương pháp mang tên DEER (Direct Electrode-to-Electrode Regeneration) hứa hẹn giúp làm mới pin xe điện với chi phí thấp hơn. Đồng thời, nó cũng tiêu thụ ít năng lượng hơn hẳn so với các kỹ thuật nung chảy truyền thống hiện nay.
Vấn đề phổ biến nhất khiến pin lão hóa là sự tích tụ của lớp màng điện phân rắn (SEI) trên bề mặt điện cực. Khi lớp màng này quá dày, nó sẽ cản trở sự di chuyển của electron và làm giảm dung lượng pin.
Với công nghệ DEER, các tế bào pin cũ sẽ được tháo rời cẩn thận. Phần điện cực sau đó được ngâm vào một bể chứa dung dịch hóa học đặc biệt có tên là DMI.
Quá trình xử lý này giúp bóc tách lớp SEI dày cộm mà không làm phá hủy cấu trúc nguyên bản của điện cực. Những điện cực sau khi được "làm sạch" hoàn toàn có thể sử dụng để chế tạo các viên pin mới.
Kết quả thử nghiệm cho thấy các viên pin được tái tạo có thể phục hồi tới 95% dung lượng ban đầu. Tốc độ suy giảm hiệu năng của chúng cũng chậm hơn đáng kể so với pin chưa qua xử lý.
Cụ thể, pin được phục hồi bằng DEER chỉ mất 0,042% dung lượng mỗi chu kỳ sạc, duy trì tính ổn định trong khoảng 800 chu kỳ. Đáng kinh ngạc hơn, lần xử lý thứ hai vẫn có thể giúp pin lấy lại 90% dung lượng gốc.
Phương pháp DEER mở ra hướng đi mới trong việc xử lý lượng lớn pin xe điện hết hạn sử dụng mà không cần phá hủy điện cực.
Phần lớn các cơ sở thương mại hiện nay thường nghiền nát pin cũ thành hỗn hợp "khối đen". Sau đó, họ dùng nhiệt độ cao và hóa chất độc hại để tách lấy lithium, coban, niken hay đồng.
Dù thu hồi được kim loại quý, cách làm này lại phá hủy hoàn toàn các linh kiện vẫn còn khả năng tái sử dụng. Ngược lại, phương pháp DEER coi viên pin như một cỗ máy có thể bảo dưỡng và thay thế từng phần.
Điều này cực kỳ hữu ích đối với ngành công nghiệp xe hơi điện. Thông thường, các khối pin xe điện sẽ bị loại bỏ khi dung lượng giảm xuống mức 70%, dù nhiều điện cực bên trong vẫn hoạt động rất tốt.
Tuy nhiên, phương pháp tái chế từ Đại học Cornell không phải là "chìa khóa vạn năng". Nó chỉ phát huy tác dụng tốt nhất đối với các viên pin bị suy giảm hiệu năng do sự tích tụ của lớp màng SEI.
Đối với những viên pin bị nứt hạt, hư hỏng cấu trúc vật lý hay thất thoát lithium, phương pháp tái chế nghiền nát truyền thống vẫn là giải pháp bắt buộc duy nhất.
Rào cản lớn nhất hiện nay là yêu cầu tháo rời pin thủ công rất phức tạp. Nhóm nghiên cứu từng thử tiêm trực tiếp dung dịch DMI vào viên pin nguyên vẹn nhưng kết quả thu được lại vô cùng kém.
Về mặt kinh tế, chi phí tái chế bằng công nghệ DEER ước tính chỉ khoảng 15,25 USD cho mỗi kg. Mức giá này rẻ hơn rất nhiều so với con số 26,31 USD/kg của phương pháp xử lý nhiệt kim hiện tại.
Theo TechSpot, SlashGear.
Phương pháp mang tên DEER (Direct Electrode-to-Electrode Regeneration) hứa hẹn giúp làm mới pin xe điện với chi phí thấp hơn. Đồng thời, nó cũng tiêu thụ ít năng lượng hơn hẳn so với các kỹ thuật nung chảy truyền thống hiện nay.
Cơ chế hoạt động của công nghệ DEER
Vấn đề phổ biến nhất khiến pin lão hóa là sự tích tụ của lớp màng điện phân rắn (SEI) trên bề mặt điện cực. Khi lớp màng này quá dày, nó sẽ cản trở sự di chuyển của electron và làm giảm dung lượng pin.
Với công nghệ DEER, các tế bào pin cũ sẽ được tháo rời cẩn thận. Phần điện cực sau đó được ngâm vào một bể chứa dung dịch hóa học đặc biệt có tên là DMI.
Quá trình xử lý này giúp bóc tách lớp SEI dày cộm mà không làm phá hủy cấu trúc nguyên bản của điện cực. Những điện cực sau khi được "làm sạch" hoàn toàn có thể sử dụng để chế tạo các viên pin mới.
Khả năng phục hồi dung lượng cực kỳ ấn tượng
Kết quả thử nghiệm cho thấy các viên pin được tái tạo có thể phục hồi tới 95% dung lượng ban đầu. Tốc độ suy giảm hiệu năng của chúng cũng chậm hơn đáng kể so với pin chưa qua xử lý.
Cụ thể, pin được phục hồi bằng DEER chỉ mất 0,042% dung lượng mỗi chu kỳ sạc, duy trì tính ổn định trong khoảng 800 chu kỳ. Đáng kinh ngạc hơn, lần xử lý thứ hai vẫn có thể giúp pin lấy lại 90% dung lượng gốc.
Phương pháp DEER mở ra hướng đi mới trong việc xử lý lượng lớn pin xe điện hết hạn sử dụng mà không cần phá hủy điện cực.
Sự khác biệt vượt trội so với kỹ thuật truyền thống
Phần lớn các cơ sở thương mại hiện nay thường nghiền nát pin cũ thành hỗn hợp "khối đen". Sau đó, họ dùng nhiệt độ cao và hóa chất độc hại để tách lấy lithium, coban, niken hay đồng.
Dù thu hồi được kim loại quý, cách làm này lại phá hủy hoàn toàn các linh kiện vẫn còn khả năng tái sử dụng. Ngược lại, phương pháp DEER coi viên pin như một cỗ máy có thể bảo dưỡng và thay thế từng phần.
Điều này cực kỳ hữu ích đối với ngành công nghiệp xe hơi điện. Thông thường, các khối pin xe điện sẽ bị loại bỏ khi dung lượng giảm xuống mức 70%, dù nhiều điện cực bên trong vẫn hoạt động rất tốt.
Những rào cản trong quá trình thương mại hóa
Tuy nhiên, phương pháp tái chế từ Đại học Cornell không phải là "chìa khóa vạn năng". Nó chỉ phát huy tác dụng tốt nhất đối với các viên pin bị suy giảm hiệu năng do sự tích tụ của lớp màng SEI.
Đối với những viên pin bị nứt hạt, hư hỏng cấu trúc vật lý hay thất thoát lithium, phương pháp tái chế nghiền nát truyền thống vẫn là giải pháp bắt buộc duy nhất.
Rào cản lớn nhất hiện nay là yêu cầu tháo rời pin thủ công rất phức tạp. Nhóm nghiên cứu từng thử tiêm trực tiếp dung dịch DMI vào viên pin nguyên vẹn nhưng kết quả thu được lại vô cùng kém.
Về mặt kinh tế, chi phí tái chế bằng công nghệ DEER ước tính chỉ khoảng 15,25 USD cho mỗi kg. Mức giá này rẻ hơn rất nhiều so với con số 26,31 USD/kg của phương pháp xử lý nhiệt kim hiện tại.
Theo TechSpot, SlashGear.
Lưu ý: Tài nguyên được chia sẻ miễn phí (GNU GPL), chỉ phục vụ mục đích học tập và nghiên cứu.
