Các nhà nghiên cứu đã tạo ra các cực dương pin silicon và sau đó kết hợp chúng với một loại chất điện phân mới để tạo ra một loại pin lithium có thể chứa nhiều năng lượng hơn so với các loại pin có cực dương than chì truyền thống.

"Pin lithium-ion có cực dương làm từ than chì đang nhanh chóng đạt đến giới hạn mật độ năng lượng nhưng không thể đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng của xe điện", các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Sinh học và Năng lượng Sinh học Thanh Đảo, Trung Quốc viết trong một bài báo mới được công bố gần đây trên tạp chí Nature Sustainability.

Nhóm nghiên cứu này cũng chỉ ra: "Công nghệ cực dương silicon được coi là một bước ngoặt đối với pin lithium-ion do có dung lượng cao hơn nhiều so với than chì phổ biến và có sẵn với số lượng lớn và chất lượng ổn định".

Các cực dương silicon giá rẻ có hiệu suất coulomb trung bình – hoặc hiệu suất sạc – là 99,9% và có thể giữ lại 83,1% dung lượng của chúng sau 200 chu kỳ sạc. Theo Dong Tiantian, thành viên nhóm nghiên cứu cho biết: "Việc khai thác silicon bền vững từ các tấm pin mặt trời bị loại bỏ giúp giảm thiểu tác động kinh tế và môi trường của chất thải quang điện".

“Việc chuyển đổi chất thải thành các thành phần có giá trị giúp giảm đáng kể chi phí của pin lithium-ion và tăng khả năng tiếp cận của chúng”, ông Dong cho biết trong báo cáo.

Hiện các cực dương than chì được sử dụng trong pin xe điện trên toàn cầu, nhưng sản lượng của chúng phần lớn phụ thuộc vào sản xuất và xuất khẩu than chì của Trung Quốc.

Theo báo cáo của Reuters, hơn 90% than chì được sử dụng trong các cực dương xe điện đến từ Trung Quốc- quốc gia sản xuất và xuất khẩu than chì hàng đầu thế giới. Năm ngoái, Trung Quốc đã hạn chế xuất khẩu than chì, yêu cầu phải có giấy phép xuất khẩu đối với một số sản phẩm nhất định, một động thái có thể là để đáp trả lệnh hạn chế xuất khẩu xe điện Trung Quốc do Mỹ dẫn đầu.

Reuters đưa tin, trữ lượng than chì của thế giới có hạn, mặc dù ngành công nghiệp này hiện đang chuyển sang sản xuất than chì tổng hợp - loại nhiên liệu tiêu tốn nhiều năng lượng - để đáp ứng nhu cầu. Do đó, silicon là một giải pháp thay thế hấp dẫn vì đây là nguyên tố phổ biến thứ hai trong lớp vỏ trái đất và có thể được tìm thấy trên khắp thế giới.

“Về mặt lý thuyết, năng lượng của pin lithium-ion có thể tăng hơn 35% nếu các cực dương than chì được thay thế hoàn toàn bằng các cực dương silicon", nhóm nghiên cứu viết trong bài báo của họ. Tuy nhiên, các chuyên gia cũng chỉ ra một số trở ngại hạn chế việc triển khai thương mại các cực dương silicon, bao gồm cả việc bẻ gãy cơ học silicon.

Silicon nano trước đây đã được sử dụng để khắc phục một số vấn đề, nhưng quy trình sản xuất tốn kém hơn và chậm hơn. Do đó, các nhà nghiên cứu đã sử dụng các hạt kích thước siêu nhỏ có nguồn gốc từ silicon có trong các tấm pin mặt trời.

“Nghiên cứu này không chỉ gợi ý một nguồn cung bền vững hơn cho pin silicon mà còn giải quyết những thách thức lớn mà vật liệu cực dương silicon kích thước siêu nhỏ phải đối mặt”, đồng tác giả báo cáo Liu Tao nói với CAS.

Các cực dương và chất điện phân lithium hexafluorophosphate đã chứng minh được tính ổn định khi hoạt động ở nhiệt độ từ -10 đến 55 độ C (14 đến 131 độ F). “Bằng cách sử dụng vật liệu tái chế và kỹ thuật hóa học tiên tiến, chúng tôi đã chứng minh rằng pin lithium-ion hiệu suất cao và bền vững với môi trường”, Cui Guanglei, Giáo sư tại Viện Thanh Đảo cho biết.

Chuyên gia Cui Guanglei cũng chia sẻ thêm rằng ông tin tưởng kết quả công trình nghiên cứu của họ có thể giúp tạo ra loại pin thế hệ tiếp theo bền vững hơn để sử dụng trong cả xe điện và lưu trữ năng lượng.