Biến vỏ trấu thành vật liệu chế tạo pin Li-ion với giá thành rẻ (03/11/2023)
Không ít người bất ngờ khi biết vỏ trấu lại chứa nhiều hàm lượng silica (SiO2) - nguyên liệu chế tạo vật liệu điện cực âm sử dụng cho pin sạc Li-ion. Nhận thấy tiềm năng từ nguồn phế phẩm này, nhóm nghiên cứu của PGS-TS Lê Mỹ Loan Phụng, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQG TP HCM, đã lên ý tưởng cho một dự án táo bạo. PGS.TS Lê Mỹ Loan Phụng từ trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia TP.HCM, đã cùng cộng sự tiến hành các nghiên cứu nhằm thiết kế vật liệu chế tạo pin Li-ion với giá thành vô cùng cạnh tranh.
Theo thống kê, Việt Nam là quốc gia sản xuất gạo lớn thứ hai trên thế giới, với khoảng 44 triệu tấn/năm. Tỷ lệ vỏ trấu, một sản phẩm phụ của quá trình sản xuất gạo, đạt khoảng 20-22%, tức gần 9 triệu tấn mỗi năm. Vỏ trấu chứa hàm lượng silica (SiO2) trung bình khoảng 10,6%, thành phần quan trọng có thể được sử dụng để chế tạo pin sạc li-ion.
Vào năm 2020, với 6 tỷ đồng tiền tài trợ từ Quỹ đổi mới sáng tạo Vingroup (VinIF), PGS.TS Lê Mỹ Loan Phụng cùng các đồng nghiệp đã tiến hành dự án “Ứng dụng quy trình tổng hợp vật liệu điện cực từ vỏ trấu để sản xuất thử nghiệm pin sạc Li-ion 4V dạng cúc áo (coin cell) và dạng túi (pounch cell)”.
Quá trình triển khai, nhóm nghiên cứu lấy nguồn vỏ trấu ở huyện Tân Trụ (Long An) đem rửa sạch và sấy khô rồi đưa vào nung nhiệt trong một giờ ở điều kiện khí trơ, nghiền mịn thành tro trấu và phối trộn với Kali Hydroxit (KOH) rắn.
Hỗn hợp này tiếp tục đem nung trong điều kiện khí trơ, nghiền và rửa sạch. Qua bước sấy, sản phẩm cuối cùng là bột khô có màu xám đen hay còn gọi là vật liệu composite carbon silica (C/SiO2)
Nhóm các nhà khoa học Việt đã thành công xây dựng được quy trình tổng hợp từ 1 kg trấu có thể sản xuất được 350g vật liệu C/SiO2, với giá bán khoảng 50 USD/1000 gr.
Sau hai năm nghiên cứu, nhóm đã thành công trong việc sản xuất pin sạc li-ion từ vỏ trấu, mở ra khả năng chuyển giao công nghệ sản xuất ở quy mô mở rộng. Vật liệu silica từ vỏ trấu giúp tăng dung lượng pin và có tiềm năng thay thế hoàn toàn vật liệu graphite truyền thống, với ưu điểm về giá thành, hiệu quả sử dụng và bảo vệ môi trường.
Nhóm nghiên cứu đã sản xuất quy mô nhỏ vật liệu chế tạo điện cực pin sạc li-ion từ vỏ trấu, lắp ráp và thử nghiệm thành công 50 pin sạc dạng cúc áo và 50 pin sạc dạng túi. Nhóm cũng công bố 3 bài báo đăng trên tạp chí nhóm Q1, 2 bài đăng trên tạp chí nhóm Q2, 4 bài đăng trên tạp chí quốc gia và được cơ quan sở hữu trí tuệ chấp nhận đơn đăng ký sáng chế.
Trong tương lai, nhóm nghiên cứu dự kiến tính toán tối ưu sản phẩm theo giá thành kinh tế. Theo ước tính hiện tại, pin cúc áo làm từ vỏ trấu có thể bán với giá 7-8 USD/chiếc và pin túi là 30 USD/chiếc.
Việt Nam là quốc gia sản xuất gạo đứng thứ hai trên thế giới với sản lượng ước tính trung bình đạt khoảng 44 triệu tấn/ năm, tỉ lệ vỏ trấu khoảng 20-22% tức gần 9 triệu tấn. Do đó, nếu nghiên cứu biến vỏ trấu thành vật liệu chế tạo pin Li-ion có thể thương mại hóa thành công có thể giúp Việt Nam có thêm khía cạnh mới để khai thác cây lúa và có triển vọng thay thế hoàn toàn vật liệu graphite do ưu thế về giá thành, hiệu quả sử dụng và bảo vệ môi trường. Có thể thấy, đây là thị trường đầy tiềm năng cho vỏ trấu và mang lại lợi nhuận lớn cho người nông dân.
Trung Tính tổng hợp