Tuy nhiên, một nghiên cứu đột phá từ Đại học Công nghệ Massachusetts (MIT) vừa công bố có thể mở ra một hướng đi hoàn toàn mới.

Trong một báo cáo đăng trên tạp chí Nature Chemistry vào ngày 28/8, các nhà khoa học MIT đã giới thiệu một loại vật liệu tự sắp xếp, có khả năng tan rã dễ dàng như "kẹo bông gòn" khi tiếp xúc với dung môi hữu cơ. Loại vật liệu này, hoạt động như chất điện phân trong pin thể rắn, không chỉ hứa hẹn về hiệu quả mà còn mang lại một quy trình tái chế thân thiện hơn rất nhiều.

Nguồn cảm hứng "ma thuật" từ Harry Potter 

Tác giả chính của nghiên cứu, ông Yukio Cho, hiện là nhà khoa học vật liệu tại Stanford, chia sẻ ý tưởng về cách tiếp cận "ưu tiên tái chế" này xuất phát từ một cảnh trong phim Harry Potter, nơi Giáo sư Dumbledore dùng phép thuật để sửa chữa một ngôi nhà cũ. Từ ý tưởng đó, Cho và cộng sự đã phân tích từng thành phần của pin để tìm cách đơn giản hóa quá trình tái chế ngay từ khâu thiết kế.

Họ tập trung vào chất điện phân – thành phần có nhiệm vụ vận chuyển ion lithium giữa cực dương và cực âm, vốn dễ cháy và phân hủy thành chất thải độc hại. Để tạo ra chất điện phân “ma thuật” này, nhóm đã sử dụng aramid amphiphiles (AAs), một nhóm phân tử có khả năng tự sắp xếp trong nước và mô phỏng cấu trúc của Kevlar, sau đó gắn thêm polyethylene glycol (PEG) để dẫn truyền ion lithium. Khi đưa vào nước, hệ phân tử này tự sắp xếp thành cấu trúc nanoribbon, có khả năng vận chuyển ion hiệu quả.

Thử nghiệm thực tế và những giới hạn cần vượt qua 

Để kiểm chứng khả năng hoạt động, nhóm nghiên cứu đã chế tạo một viên pin thể rắn với chất điện phân làm từ loại vật liệu mới, kết hợp với các vật liệu phổ biến cho cực dương và cực âm. Dù các nanoribbon đã vượt qua bài kiểm tra chất lượng một cách xuất sắc, kết quả thí nghiệm chưa hoàn hảo. Các nhà nghiên cứu cho biết, đôi khi các ion lithium bị “nghẽn” trong quá trình sạc và xả nhanh, dẫn đến hiệu suất pin vẫn còn thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn công nghiệp hiện hành.

Tuy nhiên, điểm đột phá lớn nhất nằm ở khả năng tái chế. Khi nhóm nghiên cứu thả viên pin đã thử nghiệm vào dung môi hữu cơ, nó lập tức tan rã, tách rời các thành phần vật liệu quý giá một cách dễ dàng mà không cần đến các điều kiện hóa học hay nhiệt độ khắc nghiệt.

Mặc dù thừa nhận công nghệ này vẫn còn ở giai đoạn sơ khai, ông Cho tin rằng nó có tiềm năng lớn. Ông cho biết trong tương lai gần, nhóm không nhất thiết phải sử dụng vật liệu này cho toàn bộ pin, mà chỉ cần một hoặc hai lớp tích hợp trong chất điện phân cũng đủ để khởi động quá trình tái chế dễ dàng hơn rất nhiều.

Với doanh số xe điện không ngừng tăng và nguồn cung lithium hạn chế, việc tìm ra các giải pháp tái chế hiệu quả trở nên cấp bách hơn bao giờ hết. Nếu được đón nhận, công nghệ từ MIT có thể mở ra cơ hội mới để tái chế chất thải lithium trên quy mô lớn, tạo nên một chu trình sản xuất pin xe điện bền vững hơn.

Minh Vân