Cathodes pin lithium-ion cho xe điện sản xuất từ tái chế pin

Pin Lithium-ion, sử dụng những kim loại độc hại, đang là một trở ngại với tính bền vững của xe điện (EV). Tái chế pin sẽ giảm thiểu tác động đến môi trường trong khai thác mỏ, giúp hàng triệu tấn pin không bị chôn lấp, giảm tiêu thụ năng lượng cũng như lượng khí thải từ sản xuất pin.

Nhưng khi ngành công nghiệp tái chế pin EV đang bắt đầu khởi động, có rất nhiều khó khăn để bán vật liệu tái chế cho các nhà sản xuất ô tô. Yan Wang, GS kỹ thuật cơ khí tại Viện Bách khoa Worcester Massachusetts, Mỹ cho biết: “Ấn tượng chung là vật liệu tái chế không tốt bằng vật liệu nguyên sinh. Các công ty pin vẫn ngần ngại sử dụng vật liệu tái chế trong sản xuất."

GS Wang và nhóm nhà nghiên cứu từ Hiệp hội pin tiên tiến Hoa Kỳ (USABC) và công ty pin A123 Systems trong một nghiên cứu gần đây, công bố trên tạp chí Joule cho thấy pin có cực âm từ kim loại tái chế có thể tốt bằng hoặc thậm chí tốt hơn so với pin sử dụng vật liệu nguyên bản mới.

Nhóm nghiên cứu thử nghiệm pin với cực âm NMC111 tái chế. Cấu trúc phổ biến của cực âm bao gồm các kim loại niken, mangan và coban, một chất chiếm tỷ lệ 1/3. 

Theo kết quả của công trình nghiên cứu, vật liệu tái chế có cấu trúc vi mô xốp hơn, thuận lợi cho các ion liti đi vào vào và thoát ra. Kết quả là, pin có mật độ năng lượng tương tự như pin có cathode thương mại với nguyên liệu ban đầu, nhưng cho chu kỳ khai thác sử dụng kéo dài hơn đến 53%.

Các nhà khoa học đã chế tạo các pin thử nghiệm dung lượng 11 Ampe/h, sử dụng vật liệu có cùng mật độ với pin EV. GS Wang cho biết, các kỹ sư thuộc A123 Systems thực hiện hầu hết các thử nghiệm cho xe điện plug-in hybrid (xe lai sạc điện). Kết quả thử nghiệm cho thấy, vật liệu cathode tái chế là giải pháp thay thế khả thi cho những vật liệu nguyên sinh truyền thống.

Pin EV là loại pin phức tạp và quy trình tái chế không đơn giản, phải đốt cháy những pin phế thải, sử dụng nhiều năng lượng, hoặc nghiền và hòa tan trong axit. 

Giá trị thực của pin EV là ở cực âm. Vật liệu cathode là sự kết hợp của những hạt kim loại niken, mangan và coban (NMC) với kích thước và cấu trúc cụ thể.

Công nghệ tái chế của Battery Resources tập trung vào sản xuất các vật liệu cathode NMC khác nhau đã sẵn sàng sử dụng trên cơ sở yêu cầu của nhà sản xuất ô tô điện. Battery Resources là công ty duy nhất cung cấp vật liệu cathode đầu ra.

Công nghệ tái chế của Battery Resources bao gồm cắt nhỏ pin và loại bỏ vỏ thép, dây nhôm và đồng, nhựa và vật liệu túi để tái chế. Khối vật chất màu đen còn lại hòa tan trong dung môi, sử dụng các phản ứng hóa học để tách graphit, carbon và các tạp chất. Sau đó trộn niken, mangan và coban theo tỷ lệ mong muốn để tạo ra bột cathode.

Hiện nay, Battery Resources đã bán vật liệu tái chế cho các nhà sản xuất pin quy mô nhỏ. Công ty có kế hoạch mở nhà máy sản xuất vật liệu thương mại đầu tiên , có thể xử lý 10.000 tấn pin vào năm 2022 và khai trương thêm hai cơ sở ở châu Âu cuối năm 2022.