Các nhà nghiên cứu ở Anh và Mỹ đã tìm ra cách tái chế pin xe điện có thể cắt giảm đáng kể chi phí và lượng khí thải cacbon, cung cấp nguồn cung bền vững cho nhu cầu pin tăng đột biến.
Các kỹ thuật, liên quan đến việc thu hồi các bộ phận của pin để có thể tái sử dụng, sẽ giúp ngành công nghiệp ô tô giải quyết những lời chỉ trích rằng xe điện không “sạch” hơn xe truyền thống do lượng phát thải từ việc khai thác nguyên liệu làm pin.
Một pin Lithium-ion bị đốt trước khi tháo dỡ
Khi chính phủ các quốc gia và các khu vực chạy đua để đảm bảo nguồn cung phục vụ nhu cầu xe điện dự kiến bùng nổ, những đột phá có thể giúp tiết kiệm nguồn cung các nguyên liệu có giá trị như coban và niken. Điều này cũng sẽ giúp giảm sự phụ thuộc vào Trung Quốc và các quốc gia chuyên khai thác nguyên liệu.
“Chúng ta không thể tái chế các sản phẩm phức tạp như pin theo cách chúng ta tái chế các kim loại khác. Việc cắt nhỏ, trộn lẫn các thành phần của pin và hỏa luyện kim sẽ phá hủy giá trị”, Gavin Harper, một nhà nghiên cứu tại Viện Faraday ở Anh, cho biết.
Hỏa luyện kim dùng để chỉ việc khai thác kim loại bằng cách sử dụng nhiệt lượng lớn trong lò cao, mà các nhà phân tích cho rằng không có tính kinh tế.
Các phương pháp tái chế hiện nay cũng dựa vào việc cắt pin thành những mảnh rất nhỏ, được gọi là khối đen, sau đó được xử lý thành các kim loại như coban và niken.
Việc chuyển sang một phương thức được gọi là tái chế trực tiếp, sẽ bảo toàn các thành phần như cathode và anode, có thể giảm đáng kể mức lãng phí năng lượng và chi phí sản xuất.
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Leicester và Đại học Birmingham thực hiện dự án ReLib của Viện Faraday đã tìm ra cách sử dụng sóng siêu âm để tái chế cathode và anode mà không cần cắt nhỏ và đã đăng ký bằng sáng chế. Công nghệ này thu hồi bột ở cathode được tạo thành từ coban, niken và mangan khỏi tấm nhôm. Bột anode, thường là than chì, được tách ra khỏi tấm đồng.
Andy Abbott, giáo sư hóa lý tại Đại học Leicester cho biết việc phân tách bằng sóng siêu âm sẽ tiết kiệm chi phí 60% so với vật liệu nguyên sinh.
So với công nghệ thông thường, dựa trên thủy luyện kim, sử dụng chất lỏng chẳng hạn như axit sulfuric và nước để chiết xuất vật liệu, ông cho biết công nghệ siêu âm có thể xử lý vật liệu pin nhiều gấp 100 lần trong cùng thời gian. Nhóm của Abbott đã tách các tế bào pin theo cách thủ công để kiểm tra quy trình, nhưng ReLib đang thực hiện một dự án sử dụng robot để tách pin và đóng gói hiệu quả hơn.
Do nguồn cung và lượng phế liệu cần có thời gian để tích lũy, Abbott cho biết ông dự kiến ban đầu công nghệ này sẽ sử dụng phế liệu từ các cơ sở sản xuất pin làm nguyên liệu và vật liệu tái chế sẽ được đưa trở lại sản xuất pin.
Tại Mỹ, một dự án do chính phủ tài trợ tại Bộ Năng lượng có tên là ReCell đang trong giai đoạn cuối cùng chứng minh một công nghệ tái chế khác, nhưng cũng đầy hứa hẹn, giúp biến cathode cũ của pin thành cathode mới.
ReCell, đứng đầu là Jeff Spangenberger, đã nghiên cứu nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm cả sóng siêu âm, nhưng tập trung vào các phương pháp dựa trên nhiệt và dung môi.
“Mỹ không sản xuất nhiều cathode trong nước, vì vậy nếu chúng tôi sử dụng thủy luyện hoặc hỏa luyện, chúng tôi phải gửi vật liệu tái chế đến các quốc gia khác để biến thành cathode và vận chuyển trở lại chúng tôi”, Spangenberger nói. “Để tái chế pin lithium-ion có lợi nhuận mà không yêu cầu người tiêu dùng trả phí thải bỏ và để khuyến khích tăng trưởng trong ngành công nghiệp tái chế, các phương pháp mới tạo ra tỷ suất lợi nhuận cao hơn cho các nhà tái chế cần phải được phát triển”.
Spangenberger cho biết có những thách thức đối với việc tái chế trực tiếp, bao gồm các hóa chất liên tục biến đổi. “ReCell đang nghiên cứu tách các hóa chất cathode khác nhau”.
Các tế bào pin xe điện ban đầu thường sử dụng cathode với lượng niken, mangan, coban bằng nhau, còn gọi là 1-1-1. Điều này đã thay đổi trong những năm gần đây khi các nhà sản xuất tìm cách giảm chi phí và thành phần hóa chất cathode có thể là 5-3-2, 6-2-2 hoặc 8-1-1.
Cách tiếp cận tại dự án ReLib của Faraday là kết hợp tái chế với vật liệu nguyên chất để có được tỷ lệ niken, mangan và coban theo yêu cầu.
