Quá Trình Tái Chế đơn Giản, Hiệu Quả Năng Lượng Cho Pin Lithium-Ion

&English: Simple, Energy-Efficient Recycling Process for Lithium-Ion Batteries

Có một quá trình tái chế mới chỉ cần một nửa năng lượng so với kỹ thuật thông thường và sản xuất những vật liệu âm cực sẵn sàng để sử dụng.

Một quá trình tái chế mới đơn giản phục hồi cực âm của pin lithium cũ chỉ sử dụng một nửa năng lượng của quá trình tái chế hiện tại. Không giống như những phương pháp tái chế hiện nay, phá vỡ cực âm thành những phần tử riêng biệt mà rồi lại cần ghép chúng lại một lần nữa, công nghệ mới tạo ra hợp chất mà đã sẵn sàng để đi vào một cục pin mới.

Phương pháp này sử dụng được trong pin lithium coban oxit dung trong máy tính xách tay và điện thoại thông minh, và trong pin phức hợp lithium-niken-mangan-coban có trong xe điện.

Pin lithium có cực dương được tạo ra từ than chì và cực âm được tạo ra từ lithium oxit kim loại, ở đó kim loại là một số kết hợp của coban, nikel, mangan và sắt. Ít hơn 5% pin lithium cũ được tái chế lại ngày nay. Bởi hàng triệu pin từ xe điện sẽ được thải ra trong thập kỷ tới, chúng ta sẽ thải ra các bãi rác thậm chí một núi lớn hơn nữa chất thải của pin dễ cháy, độc hại. Thêm nữa, những chất thải đó chứa những kim loại có giá trị. Có những mối quan tâm đáng kể rằng nguồn cung của kim loại quan trọng như coban và lithium đang suy giảm. Tái chế sẽ trở thành chìa khóa nếu chúng ta muốn bắt kịp nhu cầu về pin.

Một vài công ty, hầu hết ở Trung Quốc, đã tái chế pin. Quy trình tiêu chuẩn yêu cầu nghiền pin, và sau đó hoặc làm chảy hoặc hòa tan pin trong axit. Đầu ra cuối cùng là những kim loại riêng biệt như coban, lithium, niken và mangan. Ngoài khi sử dụng một lượng năng lượng cường độ mạnh, phương pháp này phá hủy phần có giá trị nhất trong cực âm của pin, theo Zheng Chen, một giáo sư về kỹ thuật nano trường đại học California, San Diego.

“Vật liệu trong hình thức của những phần tử đẹp, được thiết kế tốt với một cấu trúc vi mô cụ thể quyết định hiệu suất của pin”, ông nói. “Rất nhiều kỹ thuật, năng lượng và thời gian được tận dụng để làm những cấu trúc này”.

Phương pháp đơn giản Chen và những đồng nghiệp của ông phát triển bảo tồn vi cấu trúc đó. Những nhà nghiên cứu ban đầu xoay vòng những tấm pin Lithium thương mại cho đến khi chúng đã mất một nửa khả năng lưu trữ năng lượng. Họ loại bỏ vật liệu âm cực từ chất nền nhôm của của chúng, và ngâm nó trong một bồn muối lithium nóng. Sau đó họ làm khô hỗn hợp để lấy chất bột, rồi làm nóng nhanh chất bột này lên 800 độ C và sau đó làm lạnh rất chậm.

Quá trình này phục hồi cấu trúc nguyên tử của vật liệu cực âm và tái bơm các ion lithium vào cực. Và chỉ sử dụng một nửa năng lượng so với quá trình thông thường. Những nhà nghiên cứu tạo ra loại pin di động mới với vật liệu cực âm tái tạo. Những cực âm mới này thể hiện khả năng lưu trữ năng lượng, thời gian sạc, và tuổi thọ tương tự như pin nguyên bản. Các kết quả được báo cáo lại trong tạp chí Hóa Học Xanh.

Hai công ty khác đã và đang theo đuổi một công nghệ “tái chế trực tiếp” tương tự để tái sinh lại toàn bộ cấu trúc vật liệu âm cực. Công ty pin tại San Francisco là Farasis Energy and Bend, cty khởi nghiệp công nghệ OnTo tại Oregon đang cùng phát triển công nghệ và đang cố gắng mở rộng quy mô của mình. Những quá trình tái chế của các công ty đều hơi khác lẫn nhau.

Càng nhiều người chơi trong không gian này, thì càng tốt, Linda Gaines nói, một nhà phân tích những hệ thống vận chuyển ở phòng thí nghiêm quốc gia Argonne. Thiết kế hóa học và tế bào của pin lithium-ion ngày nay đang tiến hóa nhanh chóng. “Những công nghệ tái chế trực tiếp có thể cho phép sự phục hồi của sản phẩm có giá trị cao từ công thức cục pin mới hơn”, cô nói.

Nhưng một trong những thử thách lớn nhất nó phải đối mặt là tìm những cách tốt hơn để phân tách vật liệu cực âm ra khỏi phần còn lại của pin – Chen và nhóm của ông thực hiện điều đó thủ công – và cho thấy rằng quá trình rất kinh tế trên một quy mô lớn.

Chen hiện đang hoàn chỉnh quá trình của ông để có thể được sử dụng cho bất kỳ vật liệu pin lithium nào. Ông cũng đang trao đổi với một công ty chế biến pin của Trung Quốc quan tâm đến tiếp chấp nhận phương pháp tái chế mới này.

Dịch bởi Nguyễn Năng Quân ĐH Bách Khoa