Xu hướng chuyển dịch sang năng lượng tái tạo và xe điện đang thúc đẩy nhu cầu của nhân loại đối với các loại pin lưu trữ. Tuy nhiên, những viên pin đằng sau các giải pháp được cho là “bền vững” này lại không phải lúc nào cũng bền vững. Theo một bài báo đăng trên tạp chí Matter hôm 01/09/2-22, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Maryland đã tạo ra loại pin kẽm sử dụng chất điện phân có khả năng phân hủy sinh học từ một nguồn nguyên liệu không ngờ – vỏ cua.
Giáo sư Liangbing Hu – Giám đốc Trung tâm Sáng tạo Vật liệu thuộc Đại học Maryland (Mỹ), tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Hoạt động sản xuất và tiêu thụ pin trên quy mô lớn đang kéo theo những rủi ro môi trường. Lấy ví dụ, các tấm cách điện làm từ polypropylene và polycarbonate (phổ biến trong pin Lithium-ion) rất độc hại và phải mất hàng trăm, thậm chí cả nghìn năm để phân hủy hết”.
Chất điện phân đóng vai trò là môi trường để các ion di chuyển qua lại giữa điện cực dương (anode) và điện cực âm (cathode), thường được chế tạo ở dạng lỏng, bột hồ hoặc gel,… hay nhiều loại pin thậm chí còn dùng hóa chất dễ cháy hoặc ăn mòn cho chức năng này. Loại pin mới do nhóm của GS Hu phát triển có thể lưu trữ năng lượng từ các nguồn như gió và mặt trời trên quy mô lớn, tận dụng những ưu điểm của chất điện phân dạng gel được làm từ chitosan.
“Chitosan là một dẫn xuất của chitin, loại vật liệu sinh học có nhiều trong thành tế bào nấm, xương ngoài của động vật giáp xác (cua, tôm), mực ống,… trong đó dồi dào nhất là giáp xác,” GS Hu nói. Với thuộc tính phân hủy sinh học dễ dàng sinh học của chitosan, chất điện phân trong loại pin mới này có thể được phân rã hoàn toàn trong 5 tháng, chỉ để lại thành phần kim loại (ở đây là kẽm thay vì chì hoặc lithium) cho việc tái chế.
“Kẽm trong vỏ Trái đất khá dồi dào, hoàn toàn có thể trở thành nguồn nguyên liệu tốt, rẻ và an toàn hơn Liti. Loại pin chứa kẽm và chitosan này đạt hiệu suất năng lượng lên đến 99,7% sau 1000 chu kỳ sạc xả, biến nó trở thành một lựa chọn khả thi cho mục đích lưu trữ năng lượng, nhất là năng lượng tái tạo, để hòa vào lưới điện,” GS. Hu cho biết.
Sắp tới, nhóm sẽ tiếp tục nghiên cứu nhằm hoàn thiện phương pháp sản xuất loại pin đặc biệt thân thiện với môi trường này. GS. Hu lạc quan: “Tôi hy vọng tất cả các thành phần của viên pin trong tương lai đều có khả năng phân hủy sinh học, không chỉ bản thân vật liệu mà còn ở cả quá trình chế tạo ra chúng.”
Tham khảo
Meiling Wu, Ye Zhang, Lin Xu, Shuangshuang Jing, Yan Yao and Liangbing Hu (2022), A sustainable chitosan-zinc electrolyte for high-rate zinc-metal batteries. Matter.