Các nhà nghiên cứu tại Cornell University vừa phát triển một công nghệ phục hồi điện cực pin lithium-ion đã qua sử dụng mà không cần nung chảy hay phá hủy pin để thu hồi vật liệu. Theo nhóm nghiên cứu, phương pháp này có thể khôi phục tới 95% dung lượng ban đầu và giảm hơn một nửa chi phí sản xuất pin tái sinh.

Ngày 10/6 (giờ địa phương), trang tin công nghệ Gigazine cho biết nhóm nghiên cứu ở Cornell University (Mỹ) đã xây dựng một kỹ thuật xử lý điện cực pin lithium-ion sau sử dụng bằng dung dịch điện hóa chuyên dụng nhằm khôi phục hiệu năng.

Trọng tâm của nghiên cứu là tái sinh trực tiếp điện cực, thay vì tái chế pin theo hướng nghiền, nung hoặc tách chiết để thu hồi nguyên liệu thô. Nhóm đặt tên quy trình này là DEER, viết tắt của Direct Electrode-to-Electrode Regeneration.

Hiện nay, các phương pháp tái chế pin lithium-ion phổ biến chủ yếu dựa vào nung ở nhiệt độ cao hoặc nghiền nhỏ, sau đó dùng xử lý hóa học để tách các kim loại như lithium, niken và cobalt. Cách làm này có thể thu hồi khoáng chất quan trọng, nhưng đồng thời phá hủy hoàn toàn cấu trúc điện cực, buộc quá trình sản xuất pin mới phải trải qua thêm nhiều công đoạn tinh chế và gia công.

Với công nghệ mới, điện cực được tách ra từ pin đã qua sử dụng và phục hồi ngay khi vẫn gắn trên lá thu dòng kim loại. Nhóm nghiên cứu cho rằng cách tiếp cận này có thể lược bỏ phần lớn công đoạn chế tạo điện cực, qua đó giảm đáng kể chi phí và mức tiêu thụ năng lượng.

Nhóm tập trung vào một trong những nguyên nhân chính làm pin suy giảm hiệu năng là lớp SEI (Solid Electrolyte Interphase). Lớp màng này hình thành trên bề mặt điện cực trong quá trình sạc và xả lặp lại; khi dày lên theo thời gian, nó cản trở sự di chuyển của ion lithium, làm giảm dung lượng và công suất của pin.

Để xử lý vấn đề này, các nhà nghiên cứu sử dụng dung môi DMI (1,3-dimethyl-2-imidazolidinone) để loại bỏ lớp SEI trên bề mặt điện cực đã lão hóa. Sau đó, điện cực tiếp tục được đưa qua quy trình phục hồi để có thể tái sử dụng.

Kết quả thử nghiệm cho thấy các pin cell được chế tạo từ điện cực đã xử lý bằng quy trình DEER có thể phục hồi tối đa khoảng 95% dung lượng ban đầu, đồng thời duy trì hiệu năng ổn định qua nhiều chu kỳ sạc - xả.

Về mặt kinh tế, nhóm nghiên cứu ước tính công nghệ này có thể giúp giảm tối đa 56% chi phí sản xuất pin tái sinh so với các quy trình tái chế hiện nay.

Tuy nhiên, công nghệ này không thể áp dụng cho mọi loại pin thải loại. Mẫu nghiên cứu chủ yếu là pin xe điện đã qua sử dụng với chỉ số State of Health (SoH) ở mức 70-80%, đồng nghĩa những viên pin hư hại nghiêm trọng khó có thể được phục hồi về trạng thái tương đương pin mới.

Trong thời gian tới, nhóm cho biết sẽ tiếp tục thử nghiệm ở quy mô công nghiệp, đồng thời phát triển thêm các giải pháp xử lý những nguyên nhân lão hóa khác, bao gồm thất thoát lithium.

Theo giới công nghiệp, nghiên cứu này mở ra một hướng tiếp cận khác cho thị trường tái chế pin. Nếu pin có thể được sửa chữa và tái sử dụng ở cấp điện cực hoặc linh kiện thay vì phải phá hủy để thu hồi nguyên liệu, hiệu quả kinh tế của thị trường tái sử dụng pin xe điện có thể được cải thiện đáng kể.

Nhóm nghiên cứu đánh giá kết quả lần này là một bước tiến mới hướng tới thương mại hóa mô hình tái chế pin dựa trên phục hồi trực tiếp điện cực, thay vì đưa pin trở lại dạng vật liệu ban đầu.