Với 10 tháng làm việc hết công suất, nhóm nghiên cứu của Phòng Thí nghiệm Hóa - Lý ứng dụng ĐH Khoa học Tự nhiên (ĐH Quốc gia TP.HCM) đã nghiên cứu, sản xuất thành công pin Li-ion từ vỏ trấu. Đầy là lần đầu tiên Việt Nam sản xuất thành công pin từ nguồn nguyên liệu này.
Tối ưu hóa nguồn năng lượng xanh
Pin có 2 điện cực là âm và dương. Vật liệu để làm nên điện cực âm trong các loại pin trên thế giới chủ yếu bằng carbon graphite - một sản phẩm thương mại khai thác từ nguồn nguyên liệu hóa thạch là than đá có dung lượng giới hạn. Điện cực dương làm từ vật liệu liti coban oxit.
Sau khi sử dụng, các viên pin sẽ trở thành phế thải, nếu không thu gom, xử lý đúng cách sẽ gây ô nhiễm môi trường và nguy hại đáng kể đến sức khỏe cộng đồng.
Để cải thiện vấn đề ô nhiễm môi trường từ pin, thay vì sử dụng than đá, nhiều tổ chức nghiên cứu khoa học trên thế giới đã chứng minh vật liệu silic (Si) có thể sử dụng thay thế carbon graphite làm điện cực âm, an toàn hơn với môi trường và có dung lượng gấp vài chục lần. Nhưng quy trình tổng hợp Si rất khó, tốn nhiều chi phí và công sức.
Nhận thấy điều đó, nhóm sinh viên nghiên cứu của Phòng Thí nghiệm Hóa - Lý ứng dụng đã đưa ra dự án dùng hợp chất oxit của Si (SiO2) để làm điện cực âm. SiO2 lại là thành phần chính của vỏ trấu.
Vũ Tấn Phát - người nghiên cứu dự án này đầu tiên trong nhóm - cho biết vỏ trấu sau khi được lấy từ huyện Tân Trụ (tỉnh Long An) sẽ xử lý tổng hợp bằng quá trình nung khí trơ đặc biệt. Sản phẩm thu được là vật liệu silic phủ carbon có cấu trúc xốp, phù hợp để sử dụng cho cực âm pin Li-ion. Với vật liệu tổng hợp được, tiến hành sản xuất pin cúc áo hoàn chỉnh.
Qua thử nghiệm, dung lượng của pin đạt khoảng 3.000 mAh/g so với vật liệu carbon graphite thông dụng hiện tại là 300 mAh/g, pin hoạt động ổn định trong 500 chu kỳ thử nghiệm (1 chu kỳ/ngày), có thể thay thế hoàn toàn vật liệu carbon graphite.
"Đối với vỏ trấu, quy trình tổng hợp rất dễ dàng, không sử dụng những nguyên liệu đắt tiền, chỉ dùng 2 hóa chất để sử dụng trong quá trình tổng hợp là CaOH, HCl.
Sau quá trình tổng hợp, sản phẩm thải là CaCl - một chất tương tự muối ăn, rất thân thiện với môi trường; toàn bộ tro vỏ trấu sau khi tổng hợp được sẽ lấy hết, không bỏ thành phần nào, bảo đảm an toàn với môi trường", Phát giải thích.
Ngoài ra, nhóm cũng đang nghiên cứu thay thế vật liệu làm điện cực dương bằng liti coban oxit bằng vỏ trấu, thay thế coban và niken là những kim loại nặng thành những kim loại nhẹ hơn như mangan, sắt, silic.
 |
| Dự án Pin vỏ trấu của sinh viên ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐH Quốc gia TP.HCM sẽ đại diện Việt Nam dự thi tại Myanmar, Singapore, Malaysia và chung kết châu Á - Thái Bình Dương trong cuộc thi “Go Green In The City”. Ảnh: Người Lao Động. |
Giải quyết bài toán môi trường
Dự án pin từ vỏ trấu đã đạt giải nhất trong cuộc thi Thử thách Sáng tạo Việt Nam 2019. Nghiên cứu đã giảm thiểu quá trình ô nhiễm của pin cho môi trường, không khai thác hóa thạch từ than đá, sử dụng vật liệu an toàn; tăng giá trị của vỏ trấu, giúp cải thiện cuộc sống của người dân.
Đồng thời, nó mở ra cho thị trường Việt Nam một tương lai mới trong dây chuyền sản xuất pin sạc Li-ion, ngoài sản xuất pin cúc áo, sẽ phát triển mô hình pin túi chuyên dụng trong các thiết bị như điện thoại, laptop… hay các thiết bị cần lưu trữ năng lượng.
"Hiện nay, Việt Nam chỉ có nghiên cứu về các loại pin sơ cấp chứ chưa có nghiên cứu nào về pin thứ cấp. Đây sẽ là thị trường tiềm năng để pin vỏ trấu phát triển, góp phần giải quyết nhu cầu của các doanh nghiệp điện tử nước ngoài tại Việt Nam. Dự kiến năm 2025, sản phẩm sẽ thương mại hóa, mỗi sản phẩm pin túi sẽ được bán với giá 30 USD, pin cúc áo sẽ có giá 4 USD", Vũ Tấn Phát cho biết.
Để hoàn thành nghiên cứu này, Vũ Tấn Phát và 11 bạn sinh viên lớp cử nhân tài năng khoa Sinh học và Hóa học, ĐH Khoa học Tự nhiên, đã làm việc liên tục 15-18 giờ/ngày suốt 10 tháng tại phòng thí nghiệm. Mỗi ngày nhóm bắt đầu làm việc từ 9h đến 2-3h hôm sau.
Nguyễn Hải Đăng, sinh viên năm 2 khoa hóa học, tâm sự từ niềm đam mê với nguồn năng lượng sạch, em quyết định theo đuổi dự án dù rất nhiều khó khăn và chương trình học dày đặc.
"Hy vọng dự án truyền cảm hứng cho sinh viên hướng đến sống xanh, sống đẹp. Đây sẽ là cơ hội để các bạn sinh viên áp dụng kiến thức lý thuyết chuyên môn vào thực tế để giải quyết những vấn đề nóng trong xã hội", Đăng chia sẻ.
Chú trọng năng lực nghiên cứu
Phòng Thí nghiệm Hóa - Lý ứng dụng là phòng thí nghiệm trọng điểm của ĐH Quốc TP.HCM. Tại đây, luôn ưu tiên, tạo điều kiện cho sinh viên được áp dụng những kiến thức đã học vào nghiên cứu khoa học bằng những máy móc hiện đại nhất cả nước, là nơi tiên phong trong việc nghiên cứu và lắp ráp các dòng pin sạc đầu tiên ở Việt Nam. Phòng thí nghiệm đã thực hiện đề tài nghiên cứu lắp ráp mô hình pin cúc áo từ A - Z được Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM nghiệm thu và đánh giá cao.
