Tái chế giấy vụn thành nguyên liệu sản xuất pin lithium-ion

Rác thải giấy vụn đã được các nhà khoa học ở Đại học Công nghệ Nanyang, Singapore (NTU Singapore) chuyển hóa thành nguyên vật liệu sản xuất cực dương, một thành phần quan trọng của pin lithium-ion, như một giải pháp bảo vệ môi trường.

Thông qua quá trình carbon hóa chuyển đổi giấy thành carbon tinh khiết, nhóm nhà nghiên cứu đã biến sợi giấy thành điện cực; có thể chế tạo thành pin sạc cung cấp năng lượng cho điện thoại di động, thiết bị y tế và xe điện.

Để carbon hóa giấy, nhóm nghiên cứu cho giấy tiếp xúc với nhiệt độ cao thành carbon tinh khiết, hơi nước và dầu có thể được sử dụng làm nhiên liệu sinh học. Vì quá trình carbon hóa diễn ra trong trường hợp không có oxy thải ra một lượng carbon dioxide không đáng kể và quy trình này là giải pháp thay thế xanh hơn cho việc xử lý giấy kraft thông qua quá trình đốt, tạo ra một lượng lớn khí nhà kính. Các cực dương carbon do nhóm nghiên cứu sản xuất cũng thể hiện độ bền, tính linh hoạt và một số đặc tính điện hóa vượt trội.

Loạt thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy cực dương được sạc và xả tới 1.200 lần, bền hơn ít nhất gấp đôi so với cực dương trong pin điện thoại hiện tại. Loại pin sử dụng cực dương do NTU sản xuất cũng chịu được nhiều áp lực vật lý hơn so với các loại pin cùng loại, hấp thụ năng lượng nghiền tốt hơn tới 5 lần.

Phương pháp do NTU phát triển cũng sử dụng quy trình ít tốn năng lượng và ít kim loại nặng hơn so với các phương pháp sản xuất cực dương của pin công nghiệp hiện nay. Vì cực dương có giá trị từ 10% đến 15% tổng chi phí của pin lithium-ion, nên phương pháp mới nhất này sử dụng vật liệu phế thải giá rẻ, dự kiến cũng sẽ giảm chi phí sản xuất chúng. Sử dụng giấy thải làm nguyên liệu thô sản xuất cực dương của pin giúp chúng ta giảm bớt sự phụ thuộc vào các nguồn carbon thông thường - chẳng hạn như chất độn carbon và chất kết dính tạo ra carbon, được khai thác và sau đó xử lý bằng máy móc và hóa chất khắc nghiệt.

Để tạo ra cực dương carbon, nhóm nhà nghiên cứu đã cắt laser một số tờ giấy kraft mỏng để tạo thành các dạng hình học mạng tinh thể khác nhau. Sau đó, giấy được nung nóng đến 1.200°C trong lò nung không có oxy, để chuyển đổi nó thành carbon, tạo thành cực dương. Các nhà khoa học cho rằng độ bền vượt trội, tính linh hoạt và các đặc tính điện hóa của cực dương là do sự sắp xếp của sợi giấy. Họ cho biết sự kết hợp giữa độ bền và độ bền cơ học được thể hiện bởi các cực dương do NTU sản xuất cho phép pin điện thoại, máy tính xách tay và ô tô chịu được cú sốc tốt hơn khi rơi và va chạm.

Công nghệ pin lithium hiện tại dựa vào điện cực carbon bên trong dần dần bị nứt và vỡ vụn sau những cú sốc vật lý do bị rơi - đây là một trong những lý do chính khiến thời lượng pin ngắn dần theo thời gian.