Tìm ra cách làm pin từ nước tiểu giá thành cực thấp, hiệu suất cao

Loại pin sử dụng chất điện phân làm từ nước tiểu tỏ ra vượt trội về giá thành, số lần sạc, tuổi thọ và an toàn với người dùng.

Tại trường học, ngay cả những đứa trẻ cũng được dạy cách tạo ra pin đơn giản bằng một quả chanh. Nhưng phát triển thương mại hóa loại pin từ vật liệu sẵn có, rẻ tiền trở nên khó khăn đối với các nhà nghiên cứu.

Thành phần trong nước tiểu trở thành chìa khóa cho loại pin nhôm-ion.

Mới đây, trường đại học Stanford đã giới thiệu loại pin nhôm-ion sử dụng chất điện phân làm bằng urê, thành phần chính của nước tiểu (sau nước) thắp lên hy vọng cho ngành công nghiệp vốn đang gặp những giới hạn kỹ thuật này.

Đây không phải lần đầu tiên người ta tạo ra điện từ nước tiểu. Các nhà nghiên cứu từ trường đại học Bath (Anh) từng tạo thành công một loại tế bào nhiên liệu vi khuẩn nhờ chính nước tiểu người. Trong khi giới chuyên gia ở đại học West of England đã xây dựng hệ thống bồn tiểu có thể chuyển nước tiểu trực tiếp thành điện năng.

Tiến sĩ Mirella Di Lorenzo đến từ đại học Bath từng gây ấn tượng với phát kiến của mình.

Năm 2015, nhóm của giáo sư Hongjie Dai, thuộc đại học Stanford đã giới thiệu loại pin nhôm đầu tiên hiệu suất cao, sạc nhanh, bền, rẻ và an toàn hơn pin Lithium-ion với anốt nhôm và catốt graphit, cùng chất điện phân có tên EMIC nhưng lại khá đắt đỏ. Vì thế, phát hiện mới sử dụng urê thay thế rẻ hơn gấp 100 lần EMIC trở nên khả thi hơn để tiến hành sản xuất thương mại.

"Chúng ta có một loại pin làm từ các vật liệu rẻ tiền và nguồn cung lớn trên Trái đất. Nó thực sự mang tới hiệu quả tuyệt vời", Hongjie Dai cho biết.

Chàng sinh viên Ming Gong (trái) và giáo sư Hongjie Dai của trường Stanford đã phát triển thành công loại pin nhôm-ion.

Mặc dù pin dạng này giữ ít năng lượng hơn Lithium-ion (khoảng một nửa), nhưng cho số lần sạc cao hơn, chống cháy nổ, sạc trong vòng 45 phút và quan trọng là rẻ hơn rất nhiều.

Urê trở thành nguyên liệu lý tưởng sản xuất pin quy mô lớn nhờ trữ lượng dồi dào cùng mức giá thấp, trong khi vòng đời lại cao. Hiện tại, pin urê cho 1.500 lần sạc trong điều kiện phòng thí nghiệm, tuổi thọ khoảng 10 năm. Các nhà nghiên cứu còn cải tiến công nghệ hiện tại, đặc biệt giảm chi phí xuống mức thấp nhất.

Nếu được sản xuất quy mô lớn, EMIC được ước tính có giá khoảng 50 USD/kg, trong khi urê hiện nay chỉ 0,5 USD/kg. Do chi phí chất điện phân chiếm phần lớn, cộng thêm việc nhôm và than chì đều là vật liệu rẻ nên tổng chi phí sản xuất pin rất thấp.