Pin Lithium-ion đã trở nên phổ biến trong những năm gần đây, cung cấp năng lượng cho điện thoại, xe hơi và thậm chí cả bàn chải đánh răng. Nhưng vì số lượng kim loại liti trên thế giới là có hạn nên một số nhà nghiên cứu đã chuyển sự chú ý của họ sang lớp vỏ của động vật giáp xác, hoặc bộ xương ngoài của côn trùng và thành tế bào nấm.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng việc tạo ra carbon cứng từ vỏ có khả năng hoạt động như một cực dương cho pin natri-ion, một giải pháp thay thế bền vững cho công nghệ lithium hiện tại. 

Bằng cách nung nóng vỏ đến nhiệt độ vượt quá 1.000° F (538°C), họ biến vỏ thành carbon và thêm nó vào dung dịch thiếc sunfua (SnS2) hoặc sắt sunfua (FeS2). Điều này tạo thành cực dương natri-ion khả thi, hoặc điện cực dương của pin.

Pin natri-ion (SIB) là một công nghệ mới nổi và là giải pháp thay thế bền vững cho pin lithium-ion (LIB). Mặc dù tương tự về mặt hóa học với lithium, nhưng các ion natri lớn hơn và yêu cầu cực dương khác với các cực dương thường làm bằng than chì. Đây là cách nhóm nhà khoa học Yun Chen, Yue Zhao, Hongbin Liu và Tingli Ma đã tìm ra một giải pháp thay thế tương thích ở loài cua.

Cacbon được tạo ra từ vỏ cua cung cấp vật liệu xốp, dạng sợi và có diện tích bề mặt lớn giúp tăng cường độ dẫn điện và khả năng vận chuyển các ion natri. Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng trong mẫu pin của họ, cả vật liệu tổng hợp thiếc và sắt đều có khả năng sạc lại tốt với ít nhất 200 chu kỳ. Mặc dù không thuộc lĩnh vực pin lithium, đây là một bước tích cực hướng tới công nghệ pin bền vững hơn.

Diễn đàn Kinh tế Thế giới năm 2022 đã làm sáng tỏ nhiều vấn đề xung quanh khả năng khai thác lithium đang diễn ra, với dự đoán khả năng thiếu hụt nguồn tài nguyên hữu hạn này vào đầu năm 2025.

Vấn đề càng trầm trọng hơn do tác động môi trường, với chi phí nước cao cho quá trình khai thác lithium, nhiều nguồn khoáng sản lớn nhất thế giới ở Úc, Nam Mỹ cũng nằm trong các khu vực dễ bị hạn hán. Cuộc đua phát triển các giải pháp thay thế bền vững mới đang diễn ra khi ithium được sử dụng với nhu cầu cao trong công nghệ pin xe điện.

Nghiên cứu này được thực hiện 6 tháng sau khi các nhà khoa học phát hiện ra rằng chất điện phân dạng gel có nguồn gốc từ chitosan có thể giúp cung cấp năng lượng cho pin kẽm, bền vững hơn nhiều và không có các hóa chất dễ cháy và ăn mòn như các hóa chất trong dung dịch điện phân vận chuyển ion pin lithium hiện tại.

Khi chi phí nguyên liệu thô lithium tăng lên, đây sẽ là một giải pháp kinh tế hơn. Các tác giả cho biết: “Nghiên cứu này cung cấp một lộ trình hiệu quả để sử dụng các nguyên liệu thô phế thải với chi phí thấp để chế tạo pin natri-ion năng lượng đặc biệt cao”.

Hồng Hạnh