Pin xe điện tái chế có tốt như pin mới không? Đúng vậy! Một ngàn lần là đúng vậy!

Xe điện là một lựa chọn xanh và chúng tôi yêu chúng vì điều đó. Nhưng chúng có thể trở nên xanh hơn nếu chúng ta thường xuyên tái chế các kim loại quý giá mà pin của chúng chứa đựng thay vì vẫn tiếp tục ép sát đất Mẹ.

Thông tin tốt là việc tái chế pin đã thu hút được sự quan tâm, và hiện nay có rất nhiều công ty tại Bắc Mỹ và Châu Âu đang xây dựng nhà máy tái chế, bao gồm Li-Cycle, Northvolt, Redwood Materials, và ReLIB, để kể một số.

Nhưng đây là tin tồi tệ: vẫn còn một vấn đề lớn đang tồn tại với người tiêu dùng và các nhà sản xuất ô tô cùng nhau — liệu vật liệu tái chế có tốt như vật liệu nguyên sinh?

Đúng vậy! Một ngàn lần là đúng vậy! Và tôi có khoa học để chứng minh điều đó.

Cathode là câu trả lời

Đầu tiên, hãy cập nhật kiến thức vật lý của chúng ta.

Cathode là điện cực dương, hoặc đơn giản là cực dương của một ô pin. Nó là nơi dòng điện đi vào pin khi sạc, và rời đi khi pin đang được sử dụng để cung cấp năng lượng cho ô tô.

Vì vậy, đúng vậy, nó khá quan trọng.

Lớp học kết thúc, chuyển sang bằng chứng khoa học.

Một nghiên cứu mới của Tiến sĩ Yan Wang và nhóm nghiên cứu từ US Advanced Battery Consortium (USABC), phối hợp với công ty pin A123 Systems, đã phát hiện ra rằng pin với cathode tái chế không kém cạnh, hoặc thậm chí tốt hơn cả so với pin hoàn toàn mới.

Cách thức nghiên cứu được tiến hành

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm pin lithium-ion với cathode NMC111 tái chế, loại cathode phổ biến nhất, gồm nikel, mangan và coban bằng nhau.

Quá trình sản xuất cathode của các nhà nghiên cứu có khoảng các bước sau:

• Họ nghiền nhỏ pin và loại bỏ thùng thép, dây nhôm và đồng, nhựa và vật liệu bọc cho quá trình tái chế.
• Họ hòa tan phần còn lại thành khối đen trong dung môi, và lọc hoặc tách hóa học graphite, carbon và bất kỳ tạp chất nào khác. 
• Họ sử dụng kỹ thuật hóa học được cấp bằng sáng chế từ Battery Resources, một startup được Wang đồng sáng lập, để phối trộn nikel, mangan và coban theo tỉ lệ mong muốn để tạo ra bột cathode. 

Và voilà!

Cathode tái chế là một điều tuyệt vời và hiệu quả

Vật liệu tái chế cuối cùng có cấu trúc xốp với chiều sâu vi mô hơn, giúp ion lithium dễ dàng trượt vào và ra.

Và tin tôi đi, chúng ta cần những nhân vật nhỏ này di chuyển từ cathode đến anode (cực âm) của pin càng nhanh càng tốt, bởi vì chuyển động của chúng là điều lưu trữ và phát ra năng lượng.

Theo nghiên cứu, cấu trúc mới tạo ra một số kết quả tuyệt vời: pin hiển thị cùng mật độ năng lượng với những pin được làm từ cathode thương mại, và có tuổi thọ dài hơn tới 53%.

Điều này làm cho việc bào chữa rằng pin với cathode tái chế sẽ khiến bạn bị mắc kẹt giữa đâu đó, phải gọi dịch vụ cứu hộ trên đường trở nên khó khăn.

Công nghệ này đã được kiểm tra trên ô tô chưa?

Chưa. Nhưng nó đã được thử nghiệm  trong các mô phỏng công nghiệp tương đương.

Ví dụ, các nhà nghiên cứu đã tạo ra 11 Ampere-hour pouch cells tiêu chuẩn ngành công nghiệp với cùng mật độ vật liệu như trong pin ô tô điện.

Sau đó, họ đã thực hiện so sánh giữa các cell có cathode mới và cathode tái chế, và phát hiện rằng vật liệu tái chế có hiệu suất cả về tốc độ và tuổi thọ cao hơn.

Từ những gì tôi hiểu, chúng ta đang nói về một triển vọng rất nghiêm túc. Một pin ô tô điện bền vững hơn, và có vẻ như là tốt hơn rất nhiều hơn. Vì vậy, tôi muốn nó.

KHI nào chúng ta có thể sử dụng công nghệ này thực sự?

Battery Resources hiện đang sử dụng công nghệ tái chế cathode của họ và bán vật liệu tái chế cho các nhà sản xuất pin, tuy nhiên hiện tại chỉ ở quy mô nhỏ.

Tuy nhiên, công ty dự định xây nhà máy thương mại đầu tiên, có khả năng xử lý 10.000 tấn pin, vào năm 2022. Họ cũng đã huy động được 70 triệu đô la với mục tiêu mở thêm hai nhà máy khác tại Châu Âu vào cuối năm 2022.

Bên cạnh đó, còn có những người chơi khác trong lĩnh vực này đang theo đuổi việc tái chế cathode — hoặc "tái chế" trực tiếp, như tôi đã học hôm nay — bao gồm Redwood Materials và Trung tâm ReCell.

3 lý do tại sao tôi muốn thấy pin có cathode tái chế càng sớm càng tốt

1. Có thông tin cho rằng chúng tốt hơn. Và ai mà không muốn có một cái gì đó tốt hơn từ những gì họ đang sở hữu? Đó chính là cách thức hoạt động của tư duy tiêu dùng mang tính vốn của chúng ta.
2. Hãy nghiêm túc một chút. Trình cathode là bộ phận đắt đỏ nhất của pin. Khoảng từ 10% đến 30% của cathode được làm từ koban, có giá khoảng xấp xỉ 28.500 đô la mỗi tấn. Và đoán xem. Điều này làm cho koban trở thành nguyên tố đắt đỏ nhất của cathode, đắt hơn cả niken, mangan và nhôm kết hợp.
3. Cathode cũng là bộ phận gây ô nhiễm nhất của pin. Việc khai thác nguyên liệu thô để tạo thành cathode, quá trình tinh luyện của chúng từ nguồn nguyên liệu tự nhiên và việc vận chuyển chúng qua biển tạo ra lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính một cách lớn.

Nói chung, pin có cathode tái chế thành công có thể giải quyết cùng một lúc những vấn đề lớn mà các xe ô tô điện đang đối mặt đồng loạt: lo sợ về phạm vi hoạt động và hiệu suất, tăng chi phí sản xuất và ảnh hưởng đến môi trường.

Vì vậy, các nhà khoa học thân mến, tôi muốn thấy ứng dụng thương mại của chúng sớm.

Bạn có thể tìm hiểu về nghiên cứu trong tạp chí học thuật Joule.

HT – IEE Spectrum