Ngày nay, việc sử dụng rộng rãi pin để cung cấp năng lượng cho các dụng cụ, đồ chơi, thiết bị điện tử cho thấy một cuộc khủng hoảng kép: nhu cầu sản xuất pin nhiều hơn và sự tích tụ pin đã qua sử dụng tăng nhanh chóng. Các nỗ lực giải quyết hai vấn đề này đều gặp phải tình trạng sử dụng nhiều năng lượng hoặc đòi hỏi phải vận chuyển, sử dụng hóa chất độc hại.

Trong nỗ lực giải quyết cuộc khủng hoảng này, hai nhà nghiên cứu tại Đại học Boston phát hiện ra loại vi khuẩn đặc biệt, ăn “chất thải” từ pin đã qua sử dụng, mở ra giải pháp mới đầy hứa hẹn để tự tái chế pin. Giáo sư Dunwei Wang, Phó Giáo sư Babak Momeni và các đồng nghiệp báo cáo nghiên cứu của họ gần đây trên tạp chí ACS Sustainable Resource Management.

Vi khuẩn này có tên Acidithiobacillus ferrooxidans, có chu trình trao đổi chất tự nhiên, tạo ra proton có khả năng chiết tách vật liệu điện cực từ pin đã qua sử dụng. Vi khuẩn này phát triển mạnh trong môi trường có tính axit cao, ăn “chất thải” từ pin đã qua sử dụng, biến nó thành phương pháp mới đầy hứa hẹn để tự tái chế pin.

Khi xem xét khả năng nuôi cấy vi khuẩn bằng cách dùng vật liệu có sẵn trong pin đã qua sử dụng làm nguồn thức ăn, đây là bước tiến quan trọng, Giáo sư Wang cho biết. Nhóm nghiên cứu sử dụng sắt, vật liệu thường dùng làm vỏ pin. Kết quả cho thấy, vi khuẩn thực sự có thể phát triển mạnh với nguồn thức ăn này, dung dịch thu được có hoạt tính cao để tái chế pin đã qua sử dụng.

Nhóm nghiên cứu quyết định tìm hiểu, liệu Acidithiobacillus ferrooxidans có thể sử dụng hàm lượng sắt trong pin đã qua sử dụng làm nguồn thức ăn hay không. Ngoài ra, giải pháp lấy cảm hứng từ Acidithiobacillus ferrooxidans có thể chiết tách thành công vật liệu cực âm từ pin đã qua sử dụng hay không?

Babak Momeni, nhà nghiên cứu sinh thái học vi sinh vật, đảm nhận việc nuôi cấy vi khuẩn. Dunwei Wang, nhà hóa học vật lý, tập trung vào năng lượng sạch, sử dụng môi trường nuôi cấy này để chiết tách cực âm của pin. Các đồng tác giả là cộng tác viên Wei Li, nghiên cứu sinh Brooke Elander, sinh viên đại học Mengyun Jiang và Mikayla Fahrenbruch.

Nghiên cứu này là phát hiện quan trọng, vì nó cho thấy đối với các ứng dụng trong tương lai, người ta có thể loại bỏ nhu cầu vận chuyển một lượng lớn vật liệu độc hại. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng thử nghiệm khả năng dùng thép không gỉ làm nguồn thức ăn, vốn phổ biến hơn nhiều trong pin thực tế. Các thí nghiệm của họ cho thấy, nó hoạt động thậm chí còn tốt hơn cả sắt nguyên chất.

Nhóm nghiên cứu hiện đang tiến hành phát triển vi khuẩn để cải thiện hiệu quả tái chế. Họ cũng đang chế tạo pin nguyên mẫu bằng vật liệu tái chế để chứng minh chúng mang lại những lợi thế về hiệu suất tương tự như pin truyền thống được chế tạo từ vật liệu mới.