Không cần nghiền nát hay dùng axit độc hại, công nghệ này đang giúp những khối pin xe điện cũ nát ‘sống lại’ với 95% công suất

Vòng đời của một viên pin cung cấp năng lượng cho xe hơi thường kết thúc bằng một kịch bản tốn kém và ô nhiễm. Khi hiệu suất sụt giảm đến mức không thể sử dụng, ngành công nghiệp tái chế truyền thống sẽ đưa khối pin này vào máy nghiền nát, sau đó ngâm trong các bể axit ăn mòn cực mạnh để thu hồi lại những khoáng chất cốt lõi. Quy trình tàn bạo này tiêu tốn một lượng năng lượng khổng lồ, thải ra nhiều khí carbon và tạo ra gánh nặng lớn cho môi trường. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới đây từ Đại học Cornell đã mở ra cánh cửa hy vọng khi chứng minh rằng chúng ta có thể chữa lành những khối pin này thay vì phá hủy chúng hoàn toàn.

Công nghệ DEER và bể ngâm hóa học tái sinh lõi pin

Theo báo cáo trên chuyên trang Interesting Engineering, các nhà nghiên cứu tại Mỹ đã phát triển thành công một phương pháp mang tên Tái tạo điện cực trực tiếp, gọi tắt là DEER. Thay vì nghiền nát toàn bộ cấu trúc, công nghệ này cho phép các kỹ sư tháo mở lớp vỏ bên ngoài và trích xuất các điện cực bên trong một cách nguyên vẹn. Các linh kiện này sau đó được thả vào một bể tắm điện hóa chứa dung dịch 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone đặc biệt để tiến hành quy trình làm sạch.

Để hiểu rõ cơ chế đột phá này, chúng ta cần nhìn vào nguyên nhân thực sự khiến pin xuống cấp. Trong quá trình dòng điện lưu thông hàng ngày, các khoáng chất bên trong không hề biến mất mà thay vào đó, một lớp cặn dày dần tích tụ và cản trở khả năng truyền dẫn năng lượng. Dung dịch hóa học nói trên làm nhiệm vụ hòa tan lớp cách điện chết chóc này, dọn dẹp sạch sẽ mảng bám mà vẫn bảo toàn nguyên vẹn cấu trúc vật lý của điện cực. Kết quả thực nghiệm cho thấy phương pháp này có thể giúp những khối pin hỏng lấy lại tới 95% hiệu suất ban đầu.

Giáo sư Vibha Kalra, người dẫn đầu dự án nghiên cứu này, chia sẻ: "Chúng tôi sửa chữa pin mà không cần xé nhỏ hay nghiền nát, từ đó lắp lại thành một cục pin mới. Quá trình này không chỉ giúp phục hồi dung lượng mà còn rút ngắn đáng kể chu trình tuần hoàn".

Định hình lại chuỗi cung ứng năng lượng toàn cầu

Ý nghĩa của công nghệ DEER không chỉ dừng lại ở phạm vi phòng thí nghiệm mà còn mang đến một đáp án thực tế cho cuộc khủng hoảng chuỗi cung ứng vật liệu. Giáo sư Vibha Kalra từng nhấn mạnh: "Khi pin lithium-ion ra đời, không ai nghĩ rằng các khoáng chất này có giới hạn. Giờ đây, chúng ta nhận ra rằng không thể tiếp tục sản xuất pin mãi mãi". Lời cảnh tỉnh này phản ánh một thực tế khắc nghiệt khi sự bùng nổ của thị trường xe điện đang đẩy nhu cầu nguyên liệu lên mức kỷ lục. Sự khan hiếm này khiến nhiều cường quốc như Mỹ rơi vào thế bị động và phụ thuộc lớn vào nguồn khoáng sản nhập khẩu.

Bằng cách giữ nguyên cấu trúc điện cực và loại bỏ quy trình chiết xuất khoáng sản độc hại, phương pháp mới giúp kéo giảm đáng kể chi phí xử lý. Các cơ sở tái chế giờ đây có thể được thiết lập ngay tại địa phương với quy mô tinh gọn hơn, khép kín vòng tuần hoàn rác thải điện tử và giảm bớt sự phụ thuộc vào các chuỗi cung ứng xuyên quốc gia. Hiện tại, nhóm nghiên cứu của Đại học Cornell đang tích cực thử nghiệm trên các cụm pin quy mô công nghiệp lớn và tinh chỉnh hóa chất để đối phó với nhiều dạng hao mòn phức tạp hơn. Nếu được thương mại hóa ở quy mô lớn, bể tắm hóa học này sẽ cứu vãn hàng triệu viên pin xe điện đang chờ ngày ra bãi phế liệu, đồng thời tháo gỡ nút thắt về rào cản nguyên liệu cho toàn ngành công nghiệp.