Các nhà khoa học phát triển một phương pháp sạch hơn để tách coban và niken khỏi pin lithium-ion đã qua sử dụng, bằng kỹ thuật điện hóa được tăng cường bởi một loại axit tự nhiên thường có trong rượu vang.

Nhu cầu về pin lithium-ion đang tăng nhanh khi xe điện, điện thoại thông minh và hệ thống lưu trữ năng lượng mở rộng. Các loại pin này phụ thuộc rất nhiều vào các kim loại như coban, niken, khiến việc thu hồi kim loại này từ pin đã qua sử dụng ngày càng trở nên quan trọng.

Việc tách hai kim loại này rất khó. Các phương pháp truyền thống thường dựa vào phương pháp chiết xuất bằng dung môi, một kỹ thuật khai thác sử dụng một lượng lớn dung môi hữu cơ và hóa chất để tách kim loại khỏi vật liệu hòa tan.

Mặc dù hiệu quả, nhưng quy trình này tốn kém và gây ra các vấn đề có hại cho môi trường. Nó cũng gặp khó khăn khi áp dụng vào việc tái chế pin, nơi nồng độ kim loại thấp và nhiều ion khác nhau được trộn lẫn với nhau.

Nhóm nghiên cứu do Yayuan Liu, trợ lý giáo sư tại Đại học Johns Hopkins, dẫn đầu khám phá một phương pháp thay thế dựa trên điện phân. Kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để thu hồi đồng, bằng cách khử các ion kim loại hòa tan và lắng đọng chúng dưới dạng kim loại rắn trên điện cực.

Phương pháp này có thể đặc biệt hữu ích cho “khai thác đô thị”, tức là thu hồi các khoáng chất giá trị từ thiết bị điện tử bỏ đi và pin đã qua sử dụng, theo các nhà nghiên cứu. Các quốc gia có nguồn tài nguyên khai thác hạn chế, ngày càng tìm đến việc tái chế để đảm bảo nguồn cung cấp các vật liệu quan trọng.

Ý tưởng này xuất phát từ sự hợp tác với Michael Betenbaugh, người quan tâm đến việc làm cho quy trình tái chế pin trở nên bền vững hơn. Nhiều quy trình tái chế sử dụng axit khoáng chất để hòa tan kim loại từ chất thải điện tử trước khi chúng được chiết tách ra.

Thay vào đó, nhóm nghiên cứu khám phá các axit sinh học, các axit hữu cơ được tạo ra thông qua quá trình lên men vi sinh. Các axit này có thể hòa tan kim loại, nhưng cũng có thể tương tác hóa học với chúng theo những cách ảnh hưởng đến các bước chiết tách sau này.

Trong số các axit được thử nghiệm, axit tartaric tỏ ra đặc biệt hiệu quả. Hợp chất này có tự nhiên trong nho và được sử dụng rộng rãi trong sản xuất rượu vang. Axit tartaric tạo thành phức chất rất đặc biệt vì nó có hai nhóm hydroxyl trên chuỗi carbon của nó, Yayuan Liu cho biết.

Axit này có thể tạo ra phức chất hai nhân, giúp tối đa hóa hệ số tách giữa coban và niken. Các axit khác mà nhóm nghiên cứu thử nghiệm không có cấu trúc đó. Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm sử dụng chất thải pin mẫu, phương pháp này tách thành công coban và niken trong quá trình điện phân.

Các nhà nghiên cứu hiện đang thử nghiệm quy trình này trên chất thải pin thực tế và các loại điện tử phế liệu phức tạp hơn, chứa thêm các ion cạnh tranh và nồng độ kim loại thấp hơn. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Advances.