Hàng triệu chiếc ô tô điện đang lăn bánh trên toàn cầu mang theo một quả bom nổ chậm về môi trường khi những khối pin lithium-ion khổng lồ bước vào giai đoạn cuối đời. Từ trước đến nay, cách duy nhất để xử lý chúng là nghiền nát thành bột đen và dùng nhiệt độ cao hoặc hóa chất để chắt lọc lại kim loại quý. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới từ Đại học Cornell đang lật ngược hoàn toàn tư duy này bằng cách tiếp cận những viên pin như một cỗ máy có thể bảo dưỡng thay vì một khối phế liệu cần tiêu hủy.

Kỹ thuật mang tên tái tạo trực tiếp từ điện cực sang điện cực hay DEER vừa được giới khoa học tại Mỹ công bố hứa hẹn thay đổi hoàn toàn cuộc chơi tái chế. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng nguyên nhân chính khiến pin xe điện sụt giảm hiệu năng không phải do cấu trúc kim loại bị phá vỡ, mà do sự tích tụ quá mức của lớp liên pha chất điện phân rắn. Lớp mảng bám này kìm hãm sự di chuyển của các electron qua hàng ngàn chu kỳ sạc xả, khiến pin cạn kiệt năng lượng nhanh chóng.

Thay vì dùng búa đập vỡ và nung chảy như truyền thống, phương pháp DEER thực hiện một quá trình gột rửa tinh vi. Bằng cách tháo rời cẩn thận từng cell pin và ngâm điện cực vào dung môi đặc biệt mang tên 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, lớp mảng bám cản trở dòng điện được loại bỏ hoàn toàn. Kết quả thử nghiệm thực tế cho thấy điện cực không hề chịu bất kỳ tổn thương nào, trong khi sức chứa năng lượng của viên pin bật tăng trở lại mốc 95% so với thời kỳ xuất xưởng ban đầu.

Sức hấp dẫn của công nghệ này không chỉ dừng lại ở lần phục hồi đầu tiên. Dữ liệu từ phòng thí nghiệm chỉ ra rằng ngay cả ở lần tẩy rửa thứ hai, pin xe điện vẫn lấy lại được 90% dung lượng. Đáng chú ý hơn, những viên pin được tắm qua dung môi đặc biệt này có tốc độ suy giảm hiệu năng chậm hơn hẳn nguyên bản. Mức độ chai pin chỉ ở ngưỡng 0,042% sau mỗi chu kỳ sạc xả, thấp hơn rất nhiều so với mức 0,072% của những viên pin chưa qua xử lý, giúp chúng có thể hoạt động ổn định thêm khoảng 800 chu kỳ nữa.

Về mặt tài chính, phương pháp tẩy rửa này tỏ ra vượt trội so với các quy trình công nghiệp nặng hiện hành. Phân tích chi phí cho thấy quy trình DEER chỉ tiêu tốn khoảng 15,25 USD cho mỗi kg pin được xử lý. Con số này thấp hơn đáng kể so với mức phí khổng lồ 26,31 USD trên mỗi kg của phương pháp hỏa luyện hoặc thủy luyện truyền thống, mang lại biên lợi nhuận lớn cho các doanh nghiệp thu gom và xử lý rác thải công nghệ trong tương lai.

Dù sở hữu những thông số kỹ thuật ấn tượng, giải pháp từ Đại học Cornell vẫn chưa thể lập tức phủ sóng các nhà máy tái chế toàn cầu do hàng loạt rào cản mang tính vật lý. Kỹ thuật này chỉ thực sự phát huy tác dụng với những bộ pin xe điện bị loại bỏ khi dung lượng tự nhiên giảm xuống mức 70% đến 80%. Đối với những khối pin gặp tai nạn giao thông dẫn đến nứt vỡ hạt, thất thoát lithium hay hư hỏng cấu trúc cơ học bên trong, dung môi tẩy rửa hoàn toàn vô tác dụng.

Một thách thức lớn khác nằm ở quy trình thực thi thực tế và chi phí quản lý vật tư. Các thử nghiệm tiêm trực tiếp dung dịch vào cell pin còn nguyên vẹn đã cho ra kết quả kém, buộc các kỹ sư phải tiến hành tháo dỡ pin một cách tỉ mỉ, làm đội chi phí nhân công vận hành. Thêm vào đó, bản thân loại dung môi được sử dụng đang chiếm tới 63% tổng chi phí của toàn bộ quy trình, đòi hỏi ngành công nghiệp hóa chất phải tìm ra cách thu hồi và tái sử dụng chất lỏng này một cách triệt để trước khi tính đến chuyện mở rộng quy mô sản xuất đại trà.