Pin làm từ vật liệu có một không hai này sẽ sớm thay thế pin lithium-ion trên ô tô điện

Pin lithium-ion có quá nhiều ưu điểm nhưng lại rất khó phân hủy, gây ra tác động lớn đến môi trường.

Loại pin mới này có thể được sản xuất từ vỏ cua.

Trong hành trình chống lại biến đổi khí hậu, thế giới được cho đã tiến một bước dài khi thúc đẩy việc phát triển các mẫu ô tô điện. Không giống những chiếc xe xăng khi phát thải nhiên liệu hóa thạch vào khí quyển, gây ô nhiễm tấm lá chắn của hành tinh này - ô tô chạy điện cơ bản dựa vào năng lượng pin, không gây ô nhiễm quá mức.

Tuy nhiên, vẫn có điểm cần cảnh báo. Giống tất cả sản phẩm có thể sạc lại, sự phát triển của xe điện phụ thuộc vào sự gia tăng của quá trình sản xuất pin.

"Số lượng pin đang được sản xuất và tiêu thụ làm tăng khả năng xảy ra các vấn đề về môi trường", Liangbing Hu - Giám đốc Trung tâm Đổi mới Vật liệu của Đại học Maryland - cho biết. "Ví dụ, các chất phân tách bằng polypropylene và polycarbonate phải mất hàng trăm hoặc hàng nghìn năm để phân hủy và gây thêm gánh nặng cho môi trường".

Đó là chưa kể đến vấn đề vi phạm nhân quyền xảy ra ở những nơi sản xuất các thành phần của pin như coban.

 Chitosan được sử dụng trong các nguyên mẫu pin đã phân hủy hoàn toàn trong 5 tháng.

Giải pháp cho vấn đề này là gì? Trong một bài báo được công bố tuần trước 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, nó được làm từ vỏ cua.

Về nguyên lý cơ bản, pin điện thoại sử dụng một chất đặc biệt được gọi là chất điện phân để xáo trộn các ion, hoặc các hạt tích điện qua lại giữa cực âm và cực dương để tạo ra nguồn điện. Chất điện phân trong pin hiện nay sử dụng các loại hóa chất dễ cháy và rất khó phân hủy sinh học. Trong khi đó, pin mà Hu và các đồng nghiệp nghiên cứu ra ở dạng gel, được tìm thấy trong một vật liệu sinh học có tên chitosan. Đây là chất dễ phân hủy sinh học.

"Chitosan là một sản phẩm phái sinh của chitin. Có rất nhiều nguồn để lấy chitin như tế bào của nấm, bộ xương ngoài của động vật giáp xác và mực ống", Hu nói. Nhưng nguồn chitosan dồi dào nhất, theo Hu, nằm trong các bộ xương ngoài của loài giáp xác, như đuôi tôm, vỏ tôm hùm và tất nhiên là cả vỏ cua.

"Bạn có biết nơi tìm thấy những bộ vỏ cua đó không? Các quán hải sản. Bạn có thể tìm thấy nó trên bàn của bạn", Hu nói.

Theo một nghiên cứu năm 2015 trên tạp chí Nature, khoảng 6-8 triệu tấn vỏ cua, tôm và tôm hùm thải loại được sản xuất trên toàn cầu. Hãy nghĩ đến việc thịt một con cua chỉ chiếm khoảng 40% khối lượng của nó. Điều này chắc chắn tạo ra khá nhiều chất thải thực phẩm.

Những vỏ cua, tôm này thường được đổ vào bãi rác hoặc biển.

Vì vậy, từ quan điểm sản xuất pin phân hủy sinh học, hãy tưởng tượng tất cả loại vỏ cua đó có thể tái sử dụng thành một thứ hữu ích, giúp bảo vệ hành tinh này.

Theo nghiên cứu của nhóm Hu, chitosan được sử dụng trong các nguyên mẫu pin của họ đã phân hủy hoàn toàn trong vòng 5 tháng, để lại một thành phần kim loại là kẽm - chứ không phải chỉ hoặc lithium như pin tiêu chuẩn. Với kẽm, họ hoàn toàn có thể tái chế được.

Nhìn vào hình ảnh trên, có thể thấy vật liệu pin của nhóm Hu đã phân hủy gần như hoàn toàn vào đất sau 5 tháng.

Loại pin mà họ tạo ra cũng có hiệu suất năng lượng đạt 99,7% sau 1.000 chu kỳ sạc, đồng nghĩa đây là lựa chọn khả thi để lưu trữ năng lượng gió hay mặt trời trong lới điện. Đó là một sự cải tiến lớn khi hầu hết các tùy chọn lưu trữ hiện nay đều chỉ có hiệu suất trung bình khá. Các nhà nghiên cứu cho biết thành phần có nguồn gốc từ vỏ cua có thể là phần còn thiếu để pin tiến hóa lên một cấp độ mới.

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 nhưng 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 thành phần trong pin đều có thể phân hủy sinh học", Hu nói.