Phương pháp mới kết hợp những quy trình cơ học với các phản ứng hóa học và cho phép tái chế rẻ tiền, tiết kiệm năng lượng và tương thích môi trường với bất kỳ loại pin lithium-ion nào, bao gồm cả pin xe điện. Những kết quả được công bố trong bài báo khoa học đăng trên Communications Chemistry.

 TS Oleksandr Dolotko, tác giả chính của báo cáo khoa học tiến hành nghiên cứu tại Viện IAM-ESS và HIU.Ảnh: Amadeus Bramsiepe, KIT

Pin Lithium-ion hiện diện khắp nơi trong cuộc sống của chúng ta. Pin không chỉ được sử dụng để cung cấp năng lượng cho máy tính xách tay, điện thoại thông minh, đồ chơi, điều khiển từ xa và những thiết bị điện tử mang đeo khác mà còn là hệ thống lưu trữ năng lượng quan trọng nhất cho lĩnh vực phương tiện di động điện đang phát triển nhanh chóng. Quá trình sử dụng ngày càng nhiều những loại pin này dẫn đến nhu cầu cấp thiết phải có những phương pháp tái chế bền vững về kinh tế và sinh thái.

Trong các quy trình tái chế hiện hay, sản phẩm được thu hồi chủ yếu là niken, coban, đồng, nhôm, thép được thu hồi từ rác thải pin cho tái sử dụng. Thu hồi lithium rất tốn kém và hầu như không mang lại lợi nhuận. Những phương pháp thu hồi nguyên liệu gốc đang sử dụng chủ yếu mang tính luyện kim, tiêu hao nhiều năng lượng và tạo ra những sản phẩm phụ nguy hiểm. Trái ngược với các phương pháp này, những phương pháp cơ hóa dựa trên các quy trình cơ học, tạo ra các phản ứng hóa học hứa hẹn đạt được năng suất cao hơn và tính bền vững và giảm đáng kể chi phí.

Thích hợp cho các vật liệu cathode khác nhau

Một phương pháp cơ hóa đã được phát triển bởi Phòng Hệ thống Lưu trữ Năng lượng thuộc Viện Vật liệu Ứng dụng (IAM-ESS) của KIT. Viện Lưu trữ Năng lượng Điện hóa (HIU) thuộc Viện Helmholtz do KIT thành lập, liên kết phối hợp với Đại học Ulm và EnBW Energie Baden- Württemberg AG.

Phương pháp cơ hóa này đạt tỷ lệ thu hồi lithium lên đến 70% không sử dụng hóa chất ăn mòn, nhiệt độ cao và không cần tiền phân loại vật liệu. TS Oleksandr Dolotko thuộc IAM-ESS và HIU, tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết: "Phương pháp này có thể được áp dụng để thu hồi lithium từ các vật liệu cathode có thành phần hóa học khác nhau, có thể được sử dụng với hầu hết các loại pin lithium-ion có sẵn trên thị trường. Kỹ thuật cho phép thực hiện các quy trình tái chế rẻ tiền, tiết kiệm năng lượng và tương thích với môi trường."

Càng có nhiều rác thải pin cho tái chế, các quy trình tái chế bền vững càng quan trọng đối với những loại vật liệu có thể tái chế trong pin. Ảnh: Amadeus Bramsiepe, KIT

Phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ phòng

Các nhà nghiên cứu sử dụng nhôm làm chất khử trong phản ứng cơ hóa. Do nhôm đã có sẵn trong cực âm nên không cần thêm chất phụ gia nào khác. Phương pháp này hoạt động như sau: Đầu tiên, rác thải pin được nghiền thành bột. Sau đó, vật liệu này phản ứng với nhôm thành vật liệu tổng hợp kim loại với những hợp chất lithium hòa tan trong nước.

Lithium được thu hồi bằng phương pháp hòa tan những hợp chất này trong nước, sau đó đun nóng cho nước bay hơi để thu hồi hợp chất có Lithium. Vì phản ứng cơ hóa diễn ra ở nhiệt độ và áp suất trong phòng nên kỹ thuật mới rất tiết kiệm năng lượng.

Một ưu điểm khác là tính đơn giản của phương pháp, hoàn toàn không cần bất cứ một trang thiết bị phức tạo nào, tạo điều kiện thuận lợi cho triển khai ứng dụng ở quy mô công nghiệp, cho phép tái chế một số lượng lớn rác thải pin xe điện, có nhu cầu cấp bách phải tái chế trong tương lai gần.