Quy trình mới giúp sản xuất pin thân thiện với môi trường hơn

Quy trình mới giúp sản xuất pin thân thiện với môi trường hơn

    Chuyển từ ô tô chạy bằng xăng sang xe điện là một cách để giảm lượng khí thải carbon, nhưng việc chế tạo pin lithium-ion cung cấp năng lượng cho những chiếc xe điện đó có thể là một quá trình tiêu tốn nhiều năng lượng và gây ô nhiễm. Hiện các nhà nghiên cứu tại Đại học Dalhousie đã phát triển một quy trình sản xuất rẻ hơn và xanh hơn.

    Quy trình mới giúp sản xuất pin thân thiện với môi trường hơn

    Thiết lập XRD tại chỗ. (a) Mẫu được đưa vào ống nhôm. Một cặp nhiệt điện bên trong ống được sử dụng để đo nhiệt độ và một cuộn dây quấn quanh ống được sử dụng để sưởi ấm. Vỏ giá đỡ là kim loại có các lỗ phía trước và phía sau cho chùm tia X và không khí được truyền qua ống trong quá trình gia nhiệt và đo. (b) mẫu nóng trên bệ mẫu trong quá trình đo. (c) một mẫu thử nghiệm mẫu. Các đường màu bao quanh phần hình ảnh mẫu được sử dụng để tích hợp. Nguồn:  Tạp chí của Hội Điện hóa  (2024). DOI: 10.1149/1945-7111/ad3aa9

    Tiến sĩ Mark Obrovac, giáo sư tại Khoa của Đại học Dalhousie, cho biết : “Việc tạo ra vật liệu cực âm lithium-ion tốn rất nhiều năng lượng, nước và tạo ra chất thải. Nó có tác động lớn nhất đến môi trường, đặc biệt là lượng khí thải CO2 của  pin”. Hóa học và Vật lý & Khoa học Khí quyển.

    "Chúng tôi muốn xem liệu có cách nào thân thiện với môi trường hơn, bền vững hơn và ít tốn kém hơn để tạo ra những vật liệu này hay không."

    Hầu hết pin xe điện đều sử dụng oxit coban mangan lithium niken (NMC), với các nguyên tố được trộn lẫn trong cấu trúc tinh thể của cực âm. Chúng thường được tạo ra bằng cách hòa tan các nguyên tố trong nước sau đó sử dụng các tinh thể hình thành khi các nguyên tố kết hợp với nhau thành chất rắn.

    Quá trình đó tiêu tốn rất nhiều nước – sau đó phải được xử lý để làm sạch – và năng lượng, vốn là nguồn chính tạo ra chi phí và lượng khí thải carbon của pin. Sử dụng Nguồn sáng Canada (CLS) tại Đại học Saskatchewan, Obrovac và nhóm của ông đã nghiên cứu xem liệu họ có thể sử dụng quy trình khô hoàn toàn để đạt được kết quả tương tự trong khi tiết kiệm năng lượng, nước và tiền bạc hay không.

    Công trình của họ đã được công bố trên hai bài báo, trên  ACS Omega  và  Tạp chí của Hiệp hội Điện hóa .

    Ông nói: “Chúng tôi muốn xem liệu bạn có thể đạt được chất lượng tương tự nếu lấy vật liệu khô và kết hợp chúng bằng các quy trình đơn giản mà bạn có thể tìm thấy ở bất kỳ nhà máy quy mô lớn nào và đun nóng chúng”. “Và trong những điều kiện nào bạn có thể làm điều đó để có được vật liệu cấp thương mại trong khi cắt giảm lượng nước và chất thải?”

    Cathode làm từ vật liệu khô đôi khi không đồng nhất như catốt làm từ nước, vì vậy nhóm nghiên cứu đã thử nhiều phương pháp khác nhau bằng cách sử dụng các oxit và chế độ gia nhiệt khác nhau dưới nhiệt độ và áp suất khác nhau để xác định phương pháp nào hoạt động tốt nhất.

    Họ sử dụng đường truyền chùm tia Brockhouse tại CLS để quan sát bên trong lò khi họ thử các thí nghiệm khác nhau này để xem chính xác điều gì đang xảy ra trong quá trình này. Obrovac cho biết: “Những gì chúng tôi tìm thấy là thông tin quan trọng về cách chúng tôi có thể cải tiến quy trình để tạo ra vật liệu cực âm loại NMC cao cấp hơn”.

    Quy trình mới giúp sản xuất pin thân thiện với môi trường hơn

    (a) Mẫu XRD của hỗn hợp bột NiO, MnO và CoO sau 3 giờ nghiền và sau khi nung để tạo thành tiền chất RS. Ảnh SEM của hỗn hợp bột NiO, MnO và CoO sau (b) 3 giờ nghiền và (c) sau khi nung để tạo thành tiền chất RS. Ảnh SEM và ánh xạ EDX liên quan của Ni, Mn và Co cho (d) tiền chất RS và (e) tiền chất HP. ACS Omega  (2023). DOI: 10.1021/acsomega.3c08702

    Các cực âm chất lượng cao nhất hiện nay được làm từ các tinh thể đơn với các hạt có đường kính khoảng 5 micron. Bằng cách điều chỉnh cẩn thận nguyên liệu ban đầu và điều kiện lò nung, nhóm của Obrovac có thể tái tạo những đặc tính đó bằng quy trình khô hoàn toàn, khiến vật liệu catốt có thể so sánh với những vật liệu tốt nhất trên thị trường hiện nay.

    Obrovac đã hợp tác với công ty pin NOVONIX có trụ sở tại Nova Scotia, công ty đang sử dụng quy trình khô hoàn toàn để sản xuất vật liệu cực âm tại cơ sở quy mô thí điểm của công ty ở Dartmouth. Cơ sở đó có khả năng sản xuất 10 tấn vật liệu catốt mỗi năm, với các phương pháp mang lại chi phí vốn ước tính thấp hơn 30% so với phương pháp (ướt) thông thường, chi phí vận hành thấp hơn 50% và sử dụng ít năng lượng hơn 25% mà không cần xử lý. nước và không tạo ra chất thải.

    Obrovac cho biết: “Đây là những con số lớn, đây thực sự là một bước thay đổi trong quá trình sản xuất các vật liệu pin này”. "Nhìn chung, nó sẽ tạo ra pin có chi phí thấp hơn và giảm đáng kể dấu chân nóng lên toàn cầu."

    Mời đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
    FanPage:  https://www.facebook.com/Pacific-Group
    YouTube:  https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt 

    Zalo
    Hotline