Khi thế giới ngày càng phụ thuộc vào các thiết bị điện và năng lượng sạch, nhu cầu về vật liệu dùng để chế tạo pin như lithium, coban, niken đang tăng nhanh. Các vật liệu này có hạn và thường chỉ phân bố ở một vài khu vực trên thế giới, khiến nguồn cung không ổn định.

Đã vậy, hầu hết pin đã qua sử dụng không được tái chế, cuối cùng vứt vào bãi rác, nơi chúng có thể rò rỉ các hóa chất độc hại vào môi trường. Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Rice phát triển một phương pháp mới, để tái chế pin hiệu quả, rẻ hơn và thân thiện với môi trường.

Phương pháp của họ có thể thu hồi gần như tất cả vật liệu có giá trị bên trong pin lithium-ion đã qua sử dụng, bằng một quy trình liên quan đến plasma và một loại axit nhẹ tương tự như axit có trong trái chanh. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Advanced Materials.

Hiện nay, khi tái chế pin, đầu tiên chúng được nghiền thành dạng bột gọi là “khối đen”. Vật liệu này chứa các nguyên tố giá trị như lithium, coban, niken, mangan, graphite (than chì). Việc chiết xuất các nguyên tố này thường cần nhiệt độ rất cao và axit mạnh, tiêu tốn nhiều năng lượng và có thể làm hỏng một số thành phần.

Một vấn đề lớn là than chì, thành phần chiếm khoảng một phần năm trong pin. Than chì hiếm khi được tái sử dụng vì bị hư hỏng trong quá trình tái chế truyền thống. Lithium cũng khó thu hồi hiệu quả, điều này hạn chế sự thành công chung của các nỗ lực tái chế.

Phương pháp mới giải quyết các vấn đề này theo một cách khác. Đầu tiên, các nhà nghiên cứu sử dụng xung plasma ngắn tạo ra bởi vi sóng, là loại khí năng lượng tạo thành từ các hạt mang điện. Quá trình xử lý bằng plasma này phá vỡ các vật liệu trong pin, chuẩn bị sẵn để chúng chiết xuất dễ dàng hơn.

Sau khoảng 15 phút xử lý bằng plasma, “khối đen” được đặt trong axit citric, loại axit yếu thường có trong các loại trái cây như chanh. Ở nhiệt độ phòng, dung dịch này có thể thu hồi hơn 90% kim loại, bao gồm gần như toàn bộ lithium. Tổng cộng, quy trình này có thể thu hồi gần 95% vật liệu có giá trị.

Đồng thời, quá trình xử lý này giúp làm sạch và phục hồi than chì. Các thử nghiệm cho thấy, than chì được phục hồi hoạt động rất tốt khi được tái sử dụng trong pin mới, đây là một lợi thế lớn so với các phương pháp hiện tại.

Các nhà nghiên cứu cho biết, quy trình này có thể được bổ sung vào các hệ thống tái chế hiện có như một bước tiền xử lý đơn giản. Vì sử dụng ít năng lượng hơn và hóa chất nhẹ hơn, phương pháp này có thể giảm tác động đến môi trường, đồng thời cải thiện lượng vật liệu được thu hồi.

Công nghệ này đã được cấp bằng sáng chế và nhóm nghiên cứu hiện đang nỗ lực đưa nó vào ứng dụng thực tế. Phân tích ban đầu cho thấy, nó có thể vượt trội hơn các phương pháp tái chế công nghiệp hiện tại, đặc biệt vì nó cho phép tái sử dụng than chì thay vì bị lãng phí.

Nhìn chung, phương pháp mới này mang đến giải pháp đầy hứa hẹn cho một trong những thách thức lớn nhất trong năng lượng sạch, đó là tái chế pin một cách hiệu quả và bền vững. Bằng cách biến chất thải thành tài nguyên có giá trị với quy trình đơn giản, các nhà khoa học có thể đã tìm ra một cách thông minh để cung cấp năng lượng cho tương lai.