Ứng dụng công nghệ mới, pin từ vật liệu tái chế hiệu quả ngang pin mới

Những nhà máy tái chế pin bằng công nghệ mới đầu tiên sẽ khánh thành vào năm 2022.

Trớ trêu thay, quá trình khai khoáng sản sinh ra nhiều phụ phẩm độc hại lại trực tiếp truyền năng lượng cho quá trình chuyển đổi từ sử dụng xe chạy chất đốt sang xe điện. Nếu ta có thể tái chế được vật liệu chế tạo pin, công nghệ xe điện sẽ lại càng xanh hơn nữa; ta sẽ vừa loại bỏ được hàng tấn phế thải đang chiếm hữu một phần không nhỏ diện tích đất, đồng thời cắt giảm lượng năng lượng và vật liệu thô dùng trong quá trình sản xuất pin.

Tuy vậy, khi ngành tái chế pin xe điện mới chỉ manh nha thành hình, các nhà sản xuất xe không mấy mặn mà với vật liệu tái chế. “Nhìn chung, người ta có định kiến rằng vật liệu tái chế sẽ không tốt bằng nguyên vật liệu mới”, Yan Wang, giáo sư cơ kỹ công tác tại Viện Kỹ nghệ Worcester cho hay. “Các công ty pin vẫn chần chừ trong việc sản xuất pin từ nguyên liệu tái chế”.

Trong nghiên cứu mới, giáo sư Wang và nhóm cộng sự đến từ Tổ chức Pin Tiên tiến Hoa Kỳ (USABC) cùng công ty chế tạo pin A123 Systems đã gạt bỏ nỗi lo của ngành sản xuất thiết bị lưu trữ năng lượng. Kết quả nghiên cứu được đăng tải trên tạp chí Joule cho thấy pin sử dụng cathode tái chế vẫn tốt, thậm chí còn hiệu quả hơn pin được làm từ vật liệu mới nguyên.

Nhóm các nhà khoa học đã thử nghiệm với cathode NMC111 tái chế, loại cathode đại trà nhất sử dụng kền, mangan và coban. Thiết bị điện được chế tạo thông qua một công nghệ tái chế mới (đã được cấp bản quyền) của Battery Resources, một startup do anh Wang đồng sáng lập. Hiện tại, Battery Resources đã bắt đầu được thương mại hóa.

Nhìn sâu vào cấu trúc của vật liệu tái chế, nhóm nghiên cứu nhận thấy lỗ hở xuất hiện nhiều hơn - tức là nhiều cung đường cho phép các ion lithium chạy qua lại. Kết quả là đây, mật độ năng lượng của pin làm từ vật liệu tái chế tương tự với pin đại trà, thậm chí số vòng sạc của pin tái chế còn cao hơn 53%.

Tuy chưa được thử nghiệm trực tiếp trên xe, pin tái chế được dùng trong nghiên cứu đã qua bài thử ở quy mô tương tương quy mô công nghiệp. Dây chuyền đạt chuẩn cho thấy pin đạt được các điều kiện cần có để được lắp ráp vào xe điện. Theo lời giáo sư Wang, đây là bằng chứng cho thấy cathode làm từ vật liệu tái chế hoàn toàn có thể thay thế vật liệu mới nguyên.

Pin của xe điện phức tạp, yêu cầu một quá trình tái chế không mấy dễ dàng: quy trình sẽ cần rất nhiều năng lượng, hoặc ta sẽ phải nghiền vụn pin và đổ sản phẩm vào acid. Những công ty tái chế pin sẽ sử dụng các phương pháp nêu trên để tách lẻ thành phần pin và bán lại cho các doanh nghiệp sản xuất pin.

Nhưng theo giáo sư Wang, giá trị thực sự của pin xe điện nằm tại cathode. Vật liệu làm cathode, là sự kết hợp của kền, mangan và coban, là tổ hợp của các hạt vật chất có kích cỡ và cấu trúc cụ thể. Công nghệ tái chế Battery Resources có thể tách ra những vật liệu sẵn sàng luôn cho quá trình sản xuất cathode. Điều đó khiến startup của giáo sư Wang hiệu quả hơn nhiều phương pháp nghiền nát toàn bộ hệ thống pin.

Battery Resources đã bắt đầu bán những lô vật liệu nhỏ cho một số doanh nghiệp sản xuất pin. Họ dự định sẽ mở nhà máy quy mô thương mại đầu tiên vào năm 2022, với khả năng xử lý 10.000 tấn pin. Hồi tháng Chín, Battery Resources đã gọi được số vốn 70 triệu USD, nguồn lực tài chính dồi dào cho phép Battery Resources mở thêm hai cơ sở tái chế nữa tại Châu Âu vào năm sau.