Pin lithium-ion khó phân hủy

Trong hành trình chống lại cuộc khủng hoảng khí hậu, thế giới được cho là có bước tiến dài khi thúc đẩy phát triển các mẫu xe điện. Xe chạy bằng điện cơ bản dựa vào năng lượng pin, không gây ô nhiễm quá mức.

Tuy nhiên, giống với các sản phẩm có thể sạc lại, sự phát triển của xe điện phụ thuộc vào sự gia tăng của quá trình sản xuất pin.

Liangbing Hu - Giám đốc Trung tâm Đổi mới Vật liệu của Đại học Maryland (Mỹ) cho biết: “Số lượng lớn pin đang được sản xuất và tiêu thụ làm tăng khả năng xảy ra các vấn đề môi trường. Các chất phân tách polypropylene và polycarbonate được sử dụng rộng rãi trong pin lithium – ion phải mất hàng trăm hoặc hàng nghìn năm để phân hủy và gây thêm gánh nặng cho môi trường”.

Đó là chưa kể đến những tranh cãi xung quanh vi phạm nhân quyền nảy sinh ở những nơi sản xuất và thu hoạch các thành phần của pin như coban. Hiện nay, những loại pin lithium-ion có ở khắp mọi nơi.

Vỏ cua chứa đầy chitosan. Ảnh: Liangbing Hu.

Pin từ vỏ cua

Trong một bài báo được công bố trên tạp chí Matter, Hu và các đồng nghiệp đã trình bày phát minh về một loại pin dễ phân hủy hơn nhiều so với pin lithium-ion. Thật kỳ lạ, loại pin này được làm từ vỏ cua.

Theo nguyên lý cơ bản, pin sử dụng chất điện phân để xáo trộn các ion, hay các hạt tích điện qua lại giữa cực âm và cực dương để tạo ra nguồn điện. Hiện nay, chất điện phân trong nhiều loại pin là hóa chất dễ cháy và rất khó phân hủy sinh học. Tuy nhiên, loại pin Hu và các đồng nghiệp nghiên cứu lại sử dụng chất điện phân ở dạng gel. Nó được tìm thấy trong vật liệu sinh học dễ phân hủy có tên chitosan.

Hu cho biết: “Chitosan là sản phẩm phái sinh của chitin. Có nhiều nguồn để lấy chitin như tế bào của nấm, vỏ của động vật giáp xác và mực ống”.

Theo Hu, nguồn chitosan dồi dào nhất nằm trong vỏ của loài giáp xác, như đuôi tôm, vỏ tôm hùm và vỏ cua.

Cách chitosan được chuyển đổi thành pin và phân hủy sinh học. Ảnh: Liangbing Hu.

Theo một nghiên cứu năm 2015 trên tạp chí Nature, khoảng 6-8 triệu tấn vỏ cua, tôm và tôm hùm bị thải loại trên toàn cầu. Nếu chúng không được tái sử dụng sẽ tạo ra lượng lớn chất thải thực phẩm gây ô nhiễm môi trường.

Từ quan điểm sản xuất pin có thể phân hủy sinh học, tất cả những loại vỏ tôm, cua đều có thể tái sử dụng thành thứ hữu ích và giúp bảo vệ hành tinh này.

Theo nghiên cứu của nhóm Hu, chitosan được sử dụng trong nguyên mẫu pin của họ đã phân hủy trong vòng 5 tháng, để lại kim loại kẽm. Kẽm còn lại sau đó có thể được tái chế.

Loại pin làm từ vỏ cua có hiệu suất năng lượng đạt 99,7% sau 1.000 chu kỳ sạc. Đây là lựa chọn khả thi để lưu trữ năng lượng gió hay mặt trời trong lưới điện. Đó là sự cải tiến lớn khi hầu hết các tùy chọn lưu trữ hiện nay chỉ có hiệu suất trung bình khá.

Vật liệu pin đã phân hủy gần như hoàn toàn vào đất sau 5 tháng. Ảnh: Liangbing Hu.

Hiện tại, Hu cho biết việc sử dụng chitosan làm chất điện phân trong pin có thể giúp phân hủy sinh học 2/3 thành phần của pin. Tuy nhiên, trong tương lai, nhóm hy vọng có thể giải quyết được 1/3 thành phần còn lại.

"Trong tương lai, tôi hy vọng tất cả các thành phần trong pin đều có thể phân hủy sinh học.”, Hu nói.