Chế tạo pin xe điện từ bã cà phê, rác nhựa và vỏ dừa

Giáo sư Anne Zulfia Syahrial (phải) và phụ tá giới thiệu về pin lithium-ion

Là một trong những nước trồng cà phê hàng đầu thế giới, Indonesia thải ra một lượng bã cà phê khổng lồ mỗi năm. Tin vui là các nhà nghiên cứu đã tìm ra phương pháp tận dụng bã cà phê để chế tạo pin lithium dùng cho xe điện.

Trước đó, nhóm nghiên cứu cũng đã tìm ra cách biến vỏ dừa thành than hoạt tính dùng để chế tạo pin lithium. Trưởng nhóm nghiên cứu, Giáo sư Anne Zulfia Syahrial cho biết, pin lithium-ion của họ được làm từ lithium titanate oxide (LTO) tạo ra dòng điện ổn định hơn so với loại pin lithium graphite đang được sử dụng trong hầu hết các loại xe điện hiện nay. LTO không dễ bị đoản mạch trong quá trình sạc. Tuy nhiên dung lượng của LTO là 175 mAh/g, kém hơn so với dung lượng của graphite là 372 mAh/g.

"Chúng tôi trộn thiếc hoặc silicon và than hoạt tính từ vỏ dừa thành hỗn hợp. Chúng tôi cũng có thể chế biến bã cà phê hay thậm chí cả rác thải nhựa thành graphene để trộn với LTO" - Giáo sư Syahrial cho biết. Điều này khiến trọng lượng pin nhẹ hơn và thời gian sạc được rút ngắn lại so với pin lithium graphite.

Trọng lượng của LTO có thể nhẹ hơn 200 kg so với pin thường dùng trong xe điện ngày nay. Với pin nhẹ hơn, quãng đường ô tô di chuyển được có thể kéo dài ra.

Đại diện nhóm nghiên cứu cho biết thêm, loại pin mới chỉ cần khoảng 30 phút để sạc đầy, trong khi hầu hết các pin EV cần đến 2 giờ để sạc đầy. Các nhà nghiên cứu hiện đang cố gắng giảm thời gian sạc chỉ còn 15 phút.

Pin lithium-ion có trọng lượng nhẹ hơn pin lithium truyền thống

Ý tưởng pin LTO hình thành như thế nào?

Nhóm nghiên cứu gồm Giáo sư Syahrial, phụ tá và một số sinh viên đã mất 3 năm để phát triển pin LTO. Ý tưởng sử dụng bã cà phê xuất hiện khi nhóm nhận thấy mỗi năm có một lượng bã cà phê rất lớn thải ra nhưng không được tận dụng. Indonesia cũng là một trong những quốc gia thải ra lượng rác thải nhựa gây ô nhiễm đại dương nhiều nhất thế giới. Nhóm nghiên cứu muốn giải quyết cả hai vấn đề cùng lúc.

Họ bắt đầu lấy bã cà phê từ nhà ăn của trường đại học để nghiên cứu và phát hiện ra bã cà phê có thể được chế biến thành graphene để tăng độ dẫn điện LTO trong pin lithium-ion. Loại pin lithium này có thể được ứng dụng cho nhiều thứ, không chỉ là xe điện. Việc chế biến bã cà phê cũng khá đơn giản vì chỉ mất khoảng nửa ngày. Để biến bã cà phê thành các lớp graphene, nhóm nghiên cứu phải thực hiện các bước sau: Đầu tiên, bã cà phê được rửa bằng etanol sau đó đem sấy ở 120 độ C trong vòng 2 giờ. Sau đó, bã cà phê được nung ở nhiệt độ 150 độ C trong 6 giờ, trước khi trải qua công đoạn lọc và làm khô cặn. Cặn cà phê sẽ được phân hủy ở nhiệt độ 900 độ C trong 3 giờ. Sau đó, nhóm nghiên cứu sử dụng axit sunfuric 10% để phân tán các hạt. Cuối cùng, nhóm nghiên cứu sẽ kiểm tra lại carbon và định hình graphene.

Nhóm nghiên cứu cũng cho biết thêm, loại pin LTO mà họ phát minh có thể được sử dụng để lưu trữ năng lượng trong các tấm pin mặt trời. Giáo sư Syahrial còn khẳng định rằng bất kỳ loại nhựa nào cũng có thể chuyển đổi thành các lớp graphene.

"Chúng tôi vẫn cần kiểm tra xem ba nguyên liệu bã cà phê, chất thải nhựa và chất thải gáo dừa loại nào có đặc tính tốt nhất. Dù cả ba đều tốt nhưng chúng tôi phải chọn loại tối ưu để ứng dụng trong tương lai."

Tham vọng thành cường quốc pin xe điện của Indonesia

Indonesia là nước hàng đầu thế giới trong sản xuất niken - nguyên liệu chính để sản xuất pin lithium. Theo Bộ Đầu tư Indonesia, vào năm 2019, quốc gia này đã sản xuất 800.000 tấn quặng niken, tương đương 28,6% tổng sản lượng thế giới. Pin là thành phần quan trọng trong xe điện và được cho là chiếm 25-40% chi phí của xe.

Tháng 9/2021, Tổng thống Joko Widodo đã cắt băng khánh thành dự án xây dựng nhà máy sản xuất pin EV đầu tiên của Indonesia. Với tổng vốn đầu tư 1,1 tỷ USD, đây cũng là cơ sở sản xuất pin EV đầu tiên ở Đông Nam Á. Dự kiến nhà máy đi vào sản xuất từ năm 2024. Tổng thống Widodo cho biết, chính phủ Indonesia đang khuyến khích sản xuất xe điện và xe hybrid nhằm thiết lập một hệ sinh thái EV thân thiện với môi trường và phát thải thấp.