Pin lithium-ion phụ thuộc rất nhiều vào những vật liệu ngày càng khan hiếm trên Trái đất như coban và lithium. Các phương pháp tái chế đáng tin cậy, hiệu quả về chi phí để thu lại những vật liệu này từ pin đã qua sử dụng sẽ giúp giảm đáng kể nhu cầu khai thác nguồn vật liệu này từ các mỏ khoáng sản, đáp ứng nhu cầu về pin lithium-ion ngày càng tăng.

Theo bản tin trên trang Tech Xplore, các nhà khoa học tại Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc trong một nghiên gần đây đã phát minh một phương pháp mới dựa trên phản ứng ô xy hóa xúc tác điện tiếp xúc, cho phép tái chế hiệu quả các tế bào pin đã qua sử dụng.

Phương pháp của nhóm nghiên cứu được giới thiệu trên tạp chí Nature Energy, sử dụng hiện tượng chuyển dịch điện tử, diễn ra trong quá trình điện khí hóa tiếp xúc giữa chất lỏng và chất rắn để tạo ra các gốc tự do, kích hoạt những phản ứng hóa học mong muốn để thu lại được các vật liệu kim loại.

PGS Huifan Li, TS Andy Berbille và các nhà khoa học của nhóm nghiên cứu trong bài báo đã viết: “Với xu hướng toàn cầu hướng tới trung hòa carbon, nhu cầu về pin lithium – ion không ngừng tăng lên. Nhưng các phương pháp tái chế hiện tại đối với pin Li-ion đã qua sử dụng cần được khẩn cấp tăng cường tính thân thiện môi trường, giảm chi phí và nâng cao hiệu quả tái chế. Chúng tôi đề xuất một phương pháp xúc tác cơ học, được gọi là xúc tác điện tiếp xúc, sử dụng những gốc tự do, được tạo ra trong quá trình điện khí hóa tiếp xúc để thúc đẩy quá trình lọc kim loại dưới tác động của sóng siêu âm. Chúng tôi sử dụng Silic dioxide SiO2 làm chất xúc tác có thể tái chế trong quá trình này."

Trong khuôn khổ của nghiên cứu, PGS Li, TS Berbille và các đồng nghiệp tập trung khám phá khả năng sử dụng xúc tác điện tiếp xúc để thay thế những tác nhân hóa học, thường được sử dụng để tái chế pin Li-ion.

Nhằm thúc dẩy các phản ứng mong muốn, các nhà nghiên cứu sử dụng một kỹ thuật do nhóm sáng tạo, tạo ra sự tiếp xúc và phân tách chất lỏng và rắn liên tục bằng các bong bóng tạo bọt, hình thành dưới tác động của sóng siêu âm. 

Pin lithium đã qua sử dụng được phân rã cơ học để thu được bột điện cực. Sau đó bột và chất xúc tác SiO 2 được đưa vào dung dịch axit citric dưới tác động của sóng siêu âm. Sau phản ứng, chất xúc tác và dung dịch lọc được tách ra bằng thiết bị ly tâm. Chất xúc tác thu lại được sử dụng cho phản ứng lọc vòng tiếp theo và các ion kim loại trong dung dịch lọc tách ra bằng phương pháp kết tủa.

Kỹ thuật này cho phép liên tục diễn ra phản ứng oxy hóa liên tục trong quá trình áp đặt một điện áp vào các tiếp điểm. Sau đó, nhóm nghiên cứu đánh giá tính hiệu quả của phương pháp tái chế lithium và coban từ các pin Li-on đã qua sử dụng.

Trong báo cáo khoa học, nhóm nghiên cứu, dẫn đầu là PGS Li và TS Berbille cho biết: “Đối với pin oxit lithium coban (III) (oxy hóa +3), hiệu suất lọc kim loại đạt 100% với lithium và 92,19% với coban ở nhiệt độ 90°C trong vòng 6 giờ. Đối với pin lithium cực dương ba kim loại, hiệu suất lọc của kim loại lithium là 94,56%,, niken là 96,62%, mangan là 96,54% và coban là 98,39% ở 70°C trong vòng 6 giờ."

Trong những thử nghiệm ban đầu, phương pháp do các nhà khoa học Trung Quốc đề xuất đạt được kết quả rất hứa hẹn, cho thấy tiềm năng ứng dụng công nghệ này vào tái chế các vật liệu đắt tiền và có nhu cầu cao trong pin quy với mô lớn, chi phí thấp và thân thiện môi trường.

Các nhà khoa học dự kiến tiếp tục các nghiên cứu từ những kết quả đạt được nhằ xác định tính khả thi trong ứng dụng thực tế, đánh giá những ưu điển và hạn chế, đồng thời phát triển giải pháp hoàn thiện phương pháp này nhằm đưa vào ứng dụng thực tế trong lĩnh vực tái chế pin xe điện.

Trong báo cáo khoa học, các nhà nghiên cứu nhấn mạnh: “Chúng tôi dự đoán rằng phương pháp này có thể mang lại phương thức tiếp cận xanh hơn, cho hiệu quả cao và có được lợi ích kinh tế cho trong tái chế LIB , đáp ứng nhu cầu các loại pin lithium-ion, đang ngày càng gia tăng theo cấp số nhân”.