Tuổi thọ pin dài luôn là một trong những điều người sử dụng điện thoại thông minh mong muốn. Pin có cực dương được làm bằng silic có thể làm được điều đó, và giờ đây, Nhóm nghiên cứu Đại học California Riverside (UCR) đã chứng minh rằng loại pin này có thể thân thiện với môi trường hơn bằng cách lấy nguồn nguyên liệu từ những chiếc chai thuỷ tinh chuẩn bị được đưa ra bãi phế liệu.
Pin lithium-ion được sử dụng cho mọi thứ từ điện thoại thông minh đến xe điện, thông thường chúng có cực âm được làm bằng liti và và cực dương bằng than chì. Mặc dù thiết lập hữu ích này đã được sử dụng qua nhiều năm, hiệu suất của chúng đã đạt đến mức trần, các nhà nghiên cứu đang tìm đến “người bạn cũ” silic như một loại cực dương thay thế.
Khả năng lưu trữ năng lượng của pin lithium-ion hơn than chì gấp 10 lần, cực dương silic lại không bền, vì việc sử dụng thường xuyên sẽ gây ra sự co giãn, từ đó làm nứt vật liệu và nhanh hỏng. Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây đã phát hiện ra rằng việc nghiền silic trước sẽ giúp khắc phục vấn đề đó.
Với việc giải quyết được vấn đề độ bền, nghiên cứu trên hiện đã tìm ra một nguồn silic mới để sản xuất pin, các chai thủy tinh bị loại bỏ. Đây không phải lần đầu các nhà nghiên cứu sử dụng vật liệu bất thường làm cực dương. Trước đây, họ đã từng thí nghiệm với các công thức sử dụng cát và nấm. Giờ đây, họ đã chỉ ra rằng silic dioxit có thể được chiết xuất khỏi chai thủy tinh thay vì bị kẹt lại ở các bãi rác.
Đầu tiên, chai thủy tinh được nghiền thành một thứ bột màu trắng mịn. Tiếp đó, silicon dioxit được rã xuống silic cấu trúc nano với sự trợ giúp của magiê nóng, cuối cùng, những hạt nano này được phủ bằng carbon, làm cho chúng ổn định hơn, nâng cao khả năng lưu trữ năng lượng của chúng.
Khi kiểm tra với pin cúc áo trên 400 chu kỳ, các cực dương silic làm từ chai thủy tinh cho công suất khoảng 1420 mAh/g, một cải tiến lớn so với khả năng tích điện của các cực dương than chì (khoảng 350 mAh/g).
Changling Li, tác giả chính của cuộc nghiên cứu, cho biết: “Chúng tôi bắt đầu với một dạng chất thải chuẩn bị tới bãi chôn lấp và tạo ra một loại pin trữ được nhiều điện hơn, sạc nhanh hơn và ổn định hơn so với các dòng pin cúc áo có trên thị trường. Do đó, chúng tôi có những “ứng cử viên” rất hứa hẹn cho các pin lithium-ion thế hệ tiếp theo”.
Các nhà nghiên cứu cho rằng, đây là một quá trình khả thi, nhờ có phản ứng hóa học chi phí thấp và mỗi chai thủy tinh có thể tạo ra đủ nano silic để tạo ra hàng trăm pin cúc áo. Nhóm nghiên cứu đã nộp một bằng sáng chế để thương mại hoá quy trình và sản phẩm.
Nguồn: Đại học California, Riverside
