Khi xe điện phát triển ngày càng rộng rãi trên thế giới, kéo theo đó hàng triệu pin lithium-ion cuối cùng sẽ hết hạn sử dụng. Việc tái chế các loại pin xe điện đang trở nên quan trọng, nhưng các phương pháp hiện tại thường chỉ thu hồi được các vật liệu có giá trị không cao, khiến quá trình này kém hiệu quả và kém hấp dẫn đối với ngành công nghiệp pin.
Mới đây, nhóm nghiên cứu tại Viện bách khoa Worcester, hợp tác với các nhà khoa học từ Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne, phát triển một phương pháp mới tái chế vật liệu từ pin cũ thành vật liệu cho cực âm, có giá trị cao, gọi là lithium mangan sắt photphat (LMFP). Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Chem Circularity.
Cực âm là một trong những bộ phận quan trọng nhất của pin vì chúng lưu trữ và giải phóng năng lượng trong quá trình sạc và sử dụng. Phương pháp tái chế mới tập trung vào hai vật liệu pin phổ biến có trong pin lithium-ion cũ: lithium sắt photphat (LFP) và lithium mangan oxit (LMO).
Các vật liệu này được sử dụng phổ biến vì chúng tương đối an toàn, giá cả phải chăng. Tuy nhiên, các phương pháp tái chế truyền thống thường phân hủy chúng thành các muối hóa học đơn giản, nên chỉ thu hồi được một phần nhỏ giá trị ban đầu.
Thay vì phân hủy hoàn toàn vật liệu, nhóm nghiên cứu thiết lập một phương pháp nhẹ nhàng hơn, nâng cấp chúng thành các vật liệu tiên tiến hơn. Phương pháp này tách và tái cấu trúc các vật liệu của pin một cách cẩn thận, trong khi vẫn giữ nguyên phần lớn cấu trúc vi mô ban đầu của chúng.
Một trong những kết quả ấn tượng nhất là quy trình này đã tái sử dụng hơn 95% các nguyên tố hóa học quan trọng từ pin cũ. Nó cũng hoạt động trong điều kiện nhẹ nhàng ở áp suất và nhiệt độ bình thường, tránh nhu cầu sử dụng các thiết bị đắt tiền và tiêu tốn nhiều năng lượng.
Theo các nhà nghiên cứu, điều này có thể giúp việc mở rộng quy mô công nghệ trở nên dễ dàng và tiết kiệm chi phí, bằng cách sử dụng cơ sở tái chế hiện có. Vì quy trình này tương thích với cơ sở thủy luyện hiện tại, nên các công ty có thể không cần xây dựng nhà máy hoàn toàn mới để áp dụng phương pháp này.
Vật liệu LMFP tái chế cũng hoạt động tốt trong các thử nghiệm. Nó cho thấy mật độ năng lượng cao hơn một số vật liệu pin cũ, nghĩa là nó có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn trong cùng một không gian. Nó cũng thể hiện độ ổn định lâu dài mạnh mẽ trong các chu kỳ sạc và xả lặp đi, lặp lại.
Ngoài việc cải thiện hiệu suất pin, phương pháp này còn có thể mang lại những lợi ích quan trọng về môi trường. So với các phương pháp tái chế thông thường, nó giúp giảm việc sử dụng nguyên liệu thô, tiêu thụ năng lượng và lượng nước thải.
Nhóm nghiên cứu cho biết vẫn cần nhiều nghiên cứu hơn nữa trước khi công nghệ này có thể sử dụng rộng rãi. Bởi vật liệu trong pin thực tế có thể rất khác nhau về chất lượng và thành phần, và nghiên cứu trong tương lai cần phải cải thiện việc kiểm soát tạp chất, cũng như thử nghiệm phương pháp trên quy mô công nghiệp lớn hơn.
