Nhóm nghiên cứu thuộc Phòng thí nghiệm Hóa Lý ứng dụng, Trường ĐH Khoa học tự nhiên TPHCM, đã nghiên cứu công nghệ sản xuất pin sạc Li-ion sử dụng vật liệu silica từ vỏ trấu, có thể thay thế một phần vật liệu graphite.
Tại hội thảo “Công nghệ pin sạc Li-ion và công nghệ khí hydro xanh ứng dụng lưu trữ, chuyển hoá năng lượng”, do Trung tâm Thông tin và Thống kê KH&CN TPHCM tổ chức ngày 18/8, PGS.TS Trần Văn Mẫn, Trưởng phòng KH&CN Trường Đại học Khoa học tự nhiên TPHCM cho biết, pin sạc Li-ion là nguồn điện chủ yếu cho các loại xe điện, hay các loại xe sử dụng động cơ xăng lai điện, nhằm giảm thiểu sự phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính từ các xe sử dụng động cơ đốt trong.
Pin sạc Li-ion có các dạng như pin dạng cúc áo, là sản phẩm dự trữ năng lượng chuyên dụng cho các thiết bị điện tử nhỏ gọn như điều khiển thiết bị từ xa, đồng hồ, tay cầm máy tính, tai phone,…; hay dạng pin túi, thông dụng trong các thiết bị di động.
Trên thị trường, phần lớn pin sạc được làm từ vật liệu graphite khai thác và tinh chế than từ quặng mỏ. Loại vật liệu này có giá khá cao, khoảng hơn 100 USD/100gr và quá trình khai thác nguyên liệu có thể gây ô nhiễm môi trường.
Hiện nay, nhiều nghiên cứu rất quan tâm và cho là tương lai của vật liệu điện cực âm trong pin sạc là silica. Do vật liệu silica có tính xốp giúp ion di chuyển và đan cài trong cấu trúc để chuyển hóa thành điện năng. Silica có nhược điểm là trong quá trình sạc pin sẽ giãn nở thể tích và phóng điện ra thì giảm thể tích xuống. Tuy nhiên, nhược điểm này có thể khắc phục bằng cách sử dụng các hạt silica kích thước nano.
Trong vỏ trấu chứa hàm lượng silica (SiO2) trung bình khoảng 10,6%. Đây là thành phần quan trọng có thể sử dụng để chế tạo pin sạc Li-ion. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng vỏ trấu, xử lý tổng hợp bằng quá trình nung khí trơ đặc biệt. Sản phẩm thu được của quá trình này là vật liệu silica phủ cacbon có cấu trúc xốp, phù hợp để sử dụng cho cực âm pin sạc Li-ion. Đặc biệt, silica trong vỏ trấu khi nhiệt phân, sẽ tạo thành hỗn hợp carbon than hóa, hòa quyện cấu trúc với silica ở kích thước nano, giúp khắc phục nhược điểm của silica. Với vật liệu tổng hợp được, nhóm tiến hành sản xuất pin sạc cúc áo hoàn chỉnh. Dung lượng của pin cao hơn 5 lần so với vật liệu cacbon graphite.
Nhóm cũng đã xây dựng được quy trình tổng hợp silica và làm chủ công nghệ lắp ráp pin cúc áo, pin túi hoàn chỉnh sử dụng vật liệu silica từ vỏ trấu. Pin hoạt động ổn định, có thể thay thế hoàn toàn vật liệu cacbon graphite khai thác từ nguồn nguyên liệu hóa thạch là than đá.
Phòng thí nghiệm Hóa lý Ứng dụng là Phòng thí nghiệm trọng điểm của Đại học Quốc gia TPHCM, tiên phong trong việc nghiên cứu và lắp ráp các dòng pin sạc đầu tiên ở Việt Nam.
Nghiên cứu “Điều chế vật liệu composite silica/carbon từ vỏ trấu và nghiên cứu khả năng làm vật liệu điện cực âm cho pin sạc Li-ion” được đăng trên tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ - Khoa học tự nhiên STDJNS của ĐH Quốc gia TPHCM năm 2020. Ngoài ra, đề tài “chế tạo vật liệu và lắp ráp pin lion dạng cúc áo” của nhóm nghiên cứu đã được Sở KH&CN TPHCM nghiệm thu.