Thông qua một quy trình, được gọi là carbon hóa, chuyển đổi giấy thành carbon nguyên chất, các nhà khoa học đã chuyển hóa các sợi của giấy thành bọt carbon, nguyên liệu chế tạo các điện cực, được sử dụng trong pin sạc cung cấp năng lượng cho điện thoại di động, thiết bị y tế và xe điện.

Để tạo ra cực dương carbon, các nhà khoa học đã kết hợp và cắt laser một số tờ giấy kraft mỏng để tạo thành các dạng mạng tinh thể khác nhau bao gồm dạng tổ ong tế bào mở 3D và dạng lưới tấm tế bào kín, sử dụng quy trình cán tấm. Sau đó, nguyên liệu giấy được nung nóng đến 1200°C trong lò nung không có oxy, chuyển đổi vật liệu thành carbon bằng phương pháp nhiệt phân (pyrolisation).

Quá trình carbon hóa diễn ra trong trường hợp không có oxy xả thải lượng carbon dioxide (CO2) không đáng kể, khiến quy trình này trở thành một giải pháp thay thế xanh hơn so với đốt rác.

Cực dương carbon do nhóm nhà nghiên cứu sản xuất cũng chứng minh được độ bền, tính linh hoạt và tính điện hóa tuyệt vời. Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy cực dương có thể sạc và xả tới 1,200 lần, bền gấp đôi so với cực dương trong pin điện thoại hiện tại. Pin sử dụng cực dương do NTU sản xuất cũng có thể chịu được nhiều áp lực vật lý hơn so với các pin cùng loại, hấp thụ năng lượng va chạm tốt hơn tới 5 lần.

Phương pháp do NTU phát triển cũng sử dụng quy trình kỹ thuật, tiêu thụ ít năng lượng và kim loại nặng hơn so với những phương pháp công nghiệp hiện nay, được sử dụng để sản xuất cực dương pin.

Do cực dương chiếm giá trị từ 10 đến 15% tổng chi phí của pin lithium-ion, phương pháp mới này, sử dụng vật liệu phế thải chi phí thấp sẽ làm giảm chi phí sản xuất.

Sử dụng giấy vụn làm nguyên liệu thô để sản xuất cực dương pin giảm bớt sự phụ thuộc vào những nguồn carbon thông thường, chẳng hạn như chất độn carbon và chất kết dính tạo ra carbon, được khai thác và sau đó phải xử lý bằng hóa chất và máy móc khắc nghiệt.

Các nhà nghiên cứu Singapore cho biết, chất thải giấy, bao gồm túi giấy đã xử lý, bìa cứng, báo và bao bì giấy khác chiếm gần 1/5 lượng chất thải tạo ra trên đất nước này vào năm 2020, nhưng có thể là nguyên liệu cho nguyên vật liệu carbon hiệu quả kinh tế cao.

Túi giấy kraft, chiếm phần lớn rác thải giấy của Singapore, cũng được phát hiện có tác động môi trường lớn hơn so với những loại túi làm từ bông và nhựa, do đóng góp nhiều hơn vào sự nóng lên toàn cầu khi đốt và khả năng gây độc hại môi trường khi sản xuất. họ, theo một nghiên cứu độc lập của NTU năm 2020.

Công nghệ tiên tiến này mang đến cơ hội tái chế những sản phẩm thải loại, và giảm sự phụ thuộc của chúng ta vào nhiên liệu hóa thạch, thúc đẩy quá trình chuyển đổi của chúng ta sang nền kinh tế tuần hoàn, vật liệu xanh và năng lượng sạch, phản ánh cam kết của NTU trong nỗ lực giảm thiểu tác động của con người đối với môi trường, 1 trong 4 những thách thức lớn của nhân loại mà trường đại học tham gia tìm giải pháp giải quyết thông qua kế hoạch chiến lược NTU 2025.

PGS Lai Changquan thuộc Trường Kỹ thuật Cơ khí & Hàng không vũ trụ của NTU, lãnh đạo dự án cho biết: “Giấy được sử dụng trong nhiều khía cạnh trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, từ gói quà, nghệ thuật và thủ công, đến vô số ứng dụng công nghiệp như bao bì hạng nặng, bọc bảo vệ và lấp đầy các khoảng trống trong xây dựng. Nhưng không có các biện pháp nào quản lý rác thải, ngoài việc đốt, tạo ra lượng khí thải carbon cao vào khí quyển. Phương pháp của chúng tôi nhằm cung cấp cho giấy kraft một cuộc sống mới, đưa vào ứng dụng ngày càng tăng đối với các thiết bị cần thiết như xe điện và điện thoại thông minh, không chỉ giúp cắt giảm lượng khí thải carbon mà còn giảm bớt sự phụ thuộc vào công nghiệp khai thác và công nghiệp nặng.”

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Additive Manufacturing.