Trong bối cảnh công nghệ ngày càng phát triển, một nhóm nghiên cứu tại Trung Quốc đã công bố một phát hiện đáng chú ý: một phương pháp mới có khả năng hồi sinh những viên pin lithium-ion đã cạn kiệt. Điều này không chỉ mở ra cơ hội giảm thiểu lượng rác thải điện tử từ xe điện mà còn giảm bớt nhu cầu sản xuất pin mới, góp phần bảo vệ môi trường.
Giáo sư Jiangong Zhu từ Đại học Đồng Tế ở Thượng Hải, một chuyên gia trong lĩnh vực nghiên cứu pin xe điện, đã nhận định rằng công trình này mang tính cách mạng. Nó không chỉ đơn thuần là một ý tưởng mới mà còn là một bước tiến quan trọng trong việc tái sử dụng pin đã hết vòng đời, như được nêu trong một bài viết gần đây trên tạp chí Nature.
Theo thông tin từ Chương trình Phát triển Liên Hợp Quốc (UNDP), lượng pin lithium-ion đã qua sử dụng cần xử lý có thể tăng từ 900.000 tấn trong năm nay lên tới 20,5 triệu tấn vào năm 2040. Ông Huang Jianzhong, Chủ tịch Hiệp hội Công nghệ Tiết kiệm Năng lượng Điện tử Trung Quốc, cho biết rằng Trung Quốc hiện đang xử lý khoảng 2,8 triệu tấn pin thải mỗi năm, cho thấy sự cần thiết phải tìm ra giải pháp hiệu quả.
Nhà hóa học Yue Gao tại Đại học Phục Đán cùng các cộng sự đã dự đoán rằng nhu cầu xử lý pin, đặc biệt là pin xe điện, sẽ gia tăng mạnh mẽ trong tương lai. Thông thường, pin xe điện sẽ đạt đến giới hạn sử dụng khi dung lượng giảm xuống dưới 80% so với ban đầu, thường sau khoảng 8 đến 10 năm sử dụng. Chi phí cho pin chiếm khoảng 40% tổng giá trị của một chiếc xe, điều này càng làm tăng áp lực lên ngành công nghiệp này.
Nhóm nghiên cứu của Gao đã tìm kiếm một phân tử có khả năng “truyền” ion lithium trở lại cho pin đã cạn kiệt. Họ đã sử dụng trí tuệ nhân tạo để hỗ trợ trong việc tìm kiếm loại phân tử phù hợp. Nghiên cứu sinh tiến sĩ Chihao Zhao cho biết, nhóm đã áp dụng một mô hình AI được huấn luyện dựa trên các quy luật hóa học và cơ sở dữ liệu phản ứng điện hóa để tìm ra những phân tử đáp ứng tiêu chí như dễ hòa tan trong dung dịch điện phân và chi phí sản xuất thấp.
Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra ba ứng viên tiềm năng, trong đó một loại muối mang tên lithium trifluoromethanesulfinate (LiSO₂CF₃) được xác định là tối ưu. Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm muối này bằng cách hòa tan vào dung dịch điện phân, tạo điều kiện cho các ion di chuyển giữa hai cực của pin. Gao ví von phương pháp này như việc truyền dịch cho bệnh nhân, với hy vọng hồi phục sức khỏe cho pin đã cạn kiệt.
Kết quả cho thấy hợp chất này có khả năng kéo dài đáng kể tuổi thọ của pin lithium iron phosphate (LFP), loại pin thường được sử dụng trong xe điện. Một viên pin LFP điển hình có thể sạc và xả khoảng 2.000 lần trước khi được xem là “chết”. Tuy nhiên, bằng cách bổ sung dung dịch điện phân khi pin gần đạt ngưỡng này, nhóm nghiên cứu đã khôi phục phần lớn dung lượng của pin, giúp nó hoạt động gần như mới. Cuối thí nghiệm, pin đạt 96% dung lượng sau gần 12.000 chu kỳ sạc-xả.
Thí nghiệm tiếp theo cũng cho thấy phương pháp này có hiệu quả với pin lithium-ion NMC, bao gồm nickel, mangan và cobalt. Hiện tại, Đại học Phục Đán đang hợp tác với một công ty sản xuất vật liệu pin tại Trung Quốc để thương mại hóa công nghệ này. Gao hình dung rằng sự hợp tác này sẽ tạo ra một hệ thống “trạm tăng lực cho pin”, nơi các chủ xe điện có thể mang pin cũ đến để phục hồi.
Giáo sư Chenguang Liu tại Đại học Giao thông Tây An – Liverpool đã nhận định rằng đây là một ý tưởng đầy hứa hẹn. Tuy nhiên, ông cũng lưu ý rằng phương pháp mới vẫn còn một số thách thức, chẳng hạn như đảm bảo tính tương thích với nhiều loại hóa chất khác nhau liên quan đến pin, và quan trọng hơn, là phải kiểm định an toàn cho các viên pin đã được hồi sinh.
Hơn nữa, hệ thống điện của xe điện không chỉ bao gồm một viên pin đơn lẻ mà là một hệ thống phức tạp với hàng trăm, thậm chí hàng ngàn viên pin, cùng với hệ thống kiểm soát nhiệt và các thành phần khác. Gao cho biết, hiện tại nhóm chỉ mới thử nghiệm trên các viên pin đơn lẻ và cần tìm cách áp dụng cho toàn bộ cụm pin.
Chuyên gia Hans Eric Melin, giám đốc điều hành của một công ty tư vấn có trụ sở tại London, cho rằng phương pháp của Gao là một trong những cách tiếp cận gần nhất với “tái chế trực tiếp” pin xe điện tại Trung Quốc. Ông cũng nhấn mạnh rằng phương pháp này có thể mang lại tiềm năng thương mại, mặc dù thị trường có thể không quá lớn do tuổi thọ của pin xe điện có thể lên tới 15 năm. Ông cũng chỉ ra rằng các cụm pin trên xe điện cần được thiết kế lại để cho phép việc tiêm dung dịch điện phân.
Cuối cùng, câu hỏi đặt ra là liệu những lợi ích mang lại có đủ lớn để bù đắp cho sự thay đổi về thiết kế, điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của pin hay không.