'Hồi sinh' pin lithium-ion đã cạn kiệt mở ra triển vọng giảm đáng kể lượng rác thải điện tử

Hồi sinh khối pin lithium đã cạn kiệt. (Ảnh: Scientific American)

Theo nhận định của giáo sư Chenguang Liu tại Đại học Giao thông Tây An -Liverpool, đây là ý tưởng “đầy hứa hẹn”. Tuy vậy, ông lưu ý rằng phương pháp mới vẫn còn một số thách thức, chẳng hạn như phải đảm bảo tương thích với nhiều loại chất hóa học liên quan tới pin khác nhau, và quan trọng hơn, là phải kiểm định an toàn cho các quả pin đã được hồi sinh.

Nhà hóa học Yue Gao tại Đại học Phục Đán cùng các cộng sự đã sử dụng một mô hình AI được huấn luyện dựa trên các quy luật hóa học, kết hợp với cơ sở dữ liệu các phản ứng điện hóa, nhằm tìm ra những phân tử đáp ứng tiêu chí: dễ hòa tan trong dung dịch điện phân và chi phí sản xuất thấp. Kết quả, AI đề xuất ba ứng viên, trong đó có một loại muối mang tên lithium trifluoromethanesulfinate (LiSO₂CF₃) được xác định là tối ưu. Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm muối lithium-ion này bằng cách hòa tan nó vào dung dịch điện phân — môi trường giúp các ion di chuyển giữa hai cực của pin. Gao ví phương pháp này như truyền dịch cho bệnh nhân. Kết quả cho thấy hợp chất này có thể kéo dài đáng kể tuổi thọ của pin lithium iron phosphate (pin sắt - LFP), vốn là loại thường dùng trong xe điện. Một pin LFP điển hình có thể sạc và xả khoảng 2.000 lần trước khi được xem là “chết”.

Trước đó vào tháng 9- 2024, một nhóm các nhà nghiên cứu, dẫn đầu bởi các chuyên gia từ Đại học Colorado Boulder, đã công bố phát hiện mới về cơ chế tự xả của pin lithium-ion. Bằng cách sử dụng máy tia X mạnh mẽ tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne (Hoa Kỳ), họ đã xác định rằng các phân tử hydro trong chất điện phân của pin có thể can thiệp vào quá trình di chuyển của ion lithium. Điều này làm giảm dung lượng và làm yếu hiệu suất của pin theo thời gian.

Pin lithium-ion là một loại pin sạc điện, được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử cá nhân như điện thoại, máy tính xách tay, các thiết bị đeo thông minh, xe điện và nhiều ứng dụng khác. Đây là một loại pin tái sử dụng, có khả năng lưu trữ và cung cấp năng lượng điện bằng cách di chuyển các ion lithium giữa hai điện cực (cực dương và cực âm) trong quá trình sạc.

Theo Chương trình Phát triển Liên Hợp Quốc (UNDP), lượng pin lithium-ion đã sử dụng tới mức cạn kiệt cần xử lý có thể tăng vọt từ 900.000 tấn trong năm nay lên đến 20,5 triệu tấn vào năm 2040.

Tờ Economic Daily, trích dẫn ước tính của Hiệp hội Công nghệ Tiết kiệm Năng lượng Điện tử Trung Quốc, lượng pin xe đã qua sử dụng ở Trung Quốc dự kiến sẽ vượt quá 4 triệu tấn mỗi năm vào năm 2028. Số lượng pin lithium-ion trên xe điện cần bỏ đi sau quá trình hoạt động dài hạn trở thành vấn đề lớn ở Trung Quốc, khi số lượng khổng lồ của chúng đặt ra câu hỏi về nơi vứt bỏ hay tái chế sẽ như thế nào.

Những nghiên cứu của các nhà khoa học không chỉ mang lại tiềm năng lớn cho ngành công nghiệp xe điện mà còn góp phần thúc đẩy các giải pháp lưu trữ năng lượng tái tạo, giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Với những phát hiện này, trong tương lai, người tiêu dùng có thể sở hữu những chiếc xe điện có tuổi thọ pin dài hơn, phạm vi di chuyển xa hơn, và góp phần vào mục tiêu bảo vệ môi trường.

THU THẢO