Đây là một ví dụ sáng tạo về tiết kiệm chi phí và hiệu quả cao, thúc đẩy nền kinh tế tuần hoàn. Thay vì để các vật liệu này nằm trong bãi rác hoặc đem đốt, nhóm nghiên cứu từ Đại học nông nghiệp Shenyang, Trung Quốc đang mang lại cho chất thải vòng đời thứ hai bằng công nghệ cao.

Khi được thử nghiệm làm cực dương của pin natri-ion, hỗn hợp gồm sunfua niken-cobalt và carbon có nguồn gốc từ lignin đã cho kết quả điện hóa tốt. Việc dùng các vật liệu phế thải dồi dào, có thể mở ra cơ hội giảm chi phí sản xuất và lựa chọn các giải pháp lưu trữ năng lượng.

Đối với quy trình chuyển đổi chất thải này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật tổng hợp thủy nhiệt. Quy trình này cho phép chiết xuất các kim loại quan trọng, chẳng hạn như niken và coban, từ pin cũ. Sau đó, các hợp chất này được kết hợp với carbon có nguồn gốc từ lignin.

Lignin là một sản phẩm phụ của quá trình sản xuất giấy và nhiên liệu sinh học. Lignin sẽ đóng vai trò như lớp phủ carbon bền chắc, giúp tăng độ dẫn điện và ổn định điện cực, trong khi các sunfua kim loại được thu hồi, cung cấp các vị trí phản ứng cần thiết cho việc lưu trữ ion natri.

Vật liệu tổng hợp thu được không chỉ là hỗn hợp tái chế mà nó còn là một điện cực có tính năng cao. Cấu trúc độc đáo của vật liệu điện cực tạo thuận lợi cho việc vận chuyển ion hiệu quả, đồng thời đảm bảo tính toàn vẹn lâu dài của cấu trúc.

Trong quá trình thử nghiệm, vật liệu điện cực này đạt dung lượng phóng điện ban đầu vượt quá 1.000 miliampe giờ trên mỗi gram. Ngay cả khi nhu cầu công suất cao, nó vẫn duy trì hiệu suất mạnh mẽ và đáng tin cậy.

Trước nhu cầu lưu trữ năng lượng ngày càng tăng, sẽ cần các vật liệu có thể cân bằng thành công giữa giá cả hợp lý và hiệu suất cao. Theo nhóm nghiên cứu, ngay cả ở mật độ dòng điện cao, vật liệu này vẫn giữ được dung lượng đáng kể, chứng tỏ khả năng hỗ trợ quá trình sạc và xả nhanh.

Pin natri-ion thường được coi là giải pháp lưu trữ năng lượng bền vững do chi phí thấp hơn và nguồn cung natri dồi dào hơn so với lithium. Các loại pin này có thể sử dụng cho các ứng dụng như xe điện, thiết bị điện tử di động, lưu trữ năng lượng quy mô lưới điện.

Tuy nhiên, các loại pin này thường gặp khó khăn trong việc tìm kiếm vật liệu điện cực hiệu quả. Phương pháp mới này giải quyết đồng thời hai vấn đề môi trường: rác thải điện tử và việc tận dụng các sản phẩm phụ công nghiệp.

Mặc dù hiệu suất trong phòng thí nghiệm là cột mốc quan trọng, nhưng vẫn cần xem xét liệu kỹ thuật này có thể mở rộng để sử dụng rộng rãi hơn hay không. Nếu thành công, phương pháp này có thể làm giảm chi phí sản xuất và đẩy nhanh việc ứng dụng thương mại pin natri-ion.

Phương pháp này thiết lập một lộ trình tái chế bền vững cho hàng triệu pin bị loại bỏ được thay thế hằng năm, đồng thời tái sử dụng lignin công nghiệp thành một thành phần quan trọng cho công nghệ năng lượng sạch. Nghiên cứu này được trình bày trên tạp chí BiocharX.