Tuy nhiên, nguồn cung lithium có hạn, khó khai thác và dễ bị ảnh hưởng bởi sự gián đoạn chuỗi cung ứng toàn cầu. Các phương pháp thu hồi lithium truyền thống gặp khó khăn vì các kim loại khác lẫn trong pin, cản trở quá trình chiết xuất lithium.

Một nghiên cứu mới từ Đại học Illinois Urbana-Champaign, Hoa Kỳ, mang đến kết quả đầy hứa hẹn: có thể thu hồi hiệu quả lithium từ pin cũ bằng phương pháp điện hóa mới, vừa tiết kiệm chi phí, vừa thân thiện với môi trường.

Nghiên cứu do giáo sư Xiao Su dẫn đầu, giới thiệu quy trình khôi phục lithium, có thể áp dụng trên một số loại pin lithium thông dụng. Kỹ thuật này sử dụng kết hợp giữa dung môi hữu cơ và điện cực phủ polymer để thu giữ lithium một cách chọn lọc từ pin thải.

Việc tái chế lithium từ pin cũ thường khó khăn vì pin thải chứa nhiều kim loại khác nhau. Khi tháo gỡ pin đã qua sử dụng, kim loại thường hòa tan trong một chất lỏng - gọi là nước rỉ - có chứa lithium trộn lẫn với các vật liệu khác.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu phát triển một loại copolymer đặc biệt, có thể liên kết chọn lọc với lithium, trong khi bỏ qua các kim loại khác trong dung môi.

Trong phòng thí nghiệm, trước tiên các nhà nghiên cứu phân hủy pin đã qua sử dụng và hòa tan kim loại vào dung môi hữu cơ. Dung dịch này sau đó đưa vào một cell điện hóa, chứa điện cực được phủ lớp copolymer được thiết kế riêng.

Điện cực hoạt động như miếng bọt biển, thu giữ ion lithium, để lại các kim loại không mong muốn. Khi điện cực được nạp đầy lithium, nó được chuyển sang dung dịch mới. Một điện áp nhỏ được áp dụng, khiến polymer giải phóng ion lithium, sau đó có thể thu thập ở dạng tinh khiết.

Quá trình này có thể lặp lại nhiều lần, khiến nó trở thành một cách bền vững và hiệu quả để thu hồi lithium từ pin thải. Mặc dù vẫn cần thử nghiệm trên quy mô lớn hơn và mô hình hóa sâu hơn, nhưng nghiên cứu này cho thấy một cơ hội lớn.

Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí ACS Energy Letters, với sự đóng góp của cựu sinh viên sau đại học Nayeong Kim, các nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Johannes Elbert và Hee-Eun Kim, sinh viên đại học Chengxian Wu.

Nhóm nghiên cứu cũng tiến hành phân tích chi phí để so sánh phương pháp này với cách sản xuất lithium hiện tại. Phương pháp thu hồi ba giai đoạn của họ cho thấy chi phí hợp lý đáng kể, khiến kỹ thuật này có khả năng rẻ hơn, hoặc ít nhất là cạnh tranh, so với khai thác mỏ.

Bằng cách biến pin cũ thành nguồn lithium đáng tin cậy, công nghệ này có thể hỗ trợ chuỗi cung ứng tuần hoàn và bền vững hơn, giảm thiểu thiệt hại môi trường do khai thác mỏ và tăng cường khả năng tiếp cận nguồn tài nguyên quan trọng này trong tương lai.