Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Journal of Energy Storage.
Theo các nhà nghiên cứu từ NUST MISIS, trong bối cảnh dịch bệnh COVID-19, mỗi tháng thế giới thải ra 130 tỷ khẩu trang, chúng biến thành hàng trăm tấn chất thải polyme. Khi tiêu hủy các chiếc khẩu trang đã qua sử dụng, chúng thải ra khí độc hại, nên vấn đề xử lý các chất thải này là đặc biệt cấp bách.
Các nhà khoa học từ NUST MISIS cùng với các đồng nghiệp nước ngoài đã phát triển một công nghệ mới để sản xuất pin hiệu suất cao từ khẩu trang y tế đã qua sử dụng, và chất thải từ bao bì thuốc được sử dụng làm vỏ. Như vậy, cơ sở để tạo ra pin là rác thải y tế, chỉ cần mua graphene là được.
Công nghệ mới sẽ được sử dụng như thế nào?
Công nghệ mới có thể được sử dụng để chế tạo pin mỏng, linh hoạt, giá rẻ, do giá thành rẻ nên cũng có thể dùng một lần. Chúng vượt trội hơn về một số mặt so với các loại pin truyền thống được mạ kim loại nặng hơn có chi phí sản xuất cao hơn. Theo các tác giả của bài báo khoa học, loại pin mới có thể được sử dụng trong các thiết bị gia dụng, từ đồng hồ đến thiết bị chiếu sáng.
"Để tạo ra loại pin siêu tụ điện, chúng tôi sử dụng thuật toán sau: đầu tiên, các khẩu trang được khử trùng bằng sóng siêu âm, sau đó chúng được nhúng vào mực graphene để tẩm. Sau đó, vật liệu này được ép dưới áp suất, nung nóng đến 140 độ C (để tạo ra pin siêu tụ điện thông thường cần phải tạo ra nhiệt độ rất cao lên đến 1000-1300 độ C để nhiệt phân và cacbon hóa, và công nghệ mới cho phép giảm mức tiêu thụ năng lượng gấp 10 lần). Sau đó, một miếng đệm có đặc tính cách điện (cũng được làm bằng vật liệu khẩu trang) được đặt giữa hai điện cực của vật liệu mới. Nó được ngâm tẩm với một chất điện phân đặc biệt, sau đó lớp vỏ bảo vệ được tạo ra từ vật liệu của bao bì thuốc", - nhà khoa học Anvar Zakhidov, giám đốc khoa học của dự án cơ sở hạ tầng "Quang điện song song polyme hiệu suất cao dựa trên perovskite lai" tại NUST MISiS, cho biết.
Ưu điểm của pin mới là gì?
Các loại pin mới có mật độ năng lượng tích trữ và dung lượng điện cao hơn so với các loại pin truyền thống. Pin máy tính bảng được tạo ra trước đây bằng công nghệ tương tự có công suất 10 W⋅h/kg (watt-hour per kilogram), và pin mới do các nhà khoa học NUST MISIS và các đồng nghiệp nước ngoài tạo ra có công suất 98 W⋅h/kg.
Sau khi các nhà khoa học quyết định bổ sung thêm các hạt nano perovskite vô cơ loại CaCoO vào các điện cực thu được từ các khẩu trang, công suất của pin năng lượng đã tăng gấp đôi (208 W⋅h/kg). Các nhà khoa học đã đạt được điện dung lớn 1706 farad per gram. Con số này là cao hơn đáng kể so với điện dung của các điện cực cacbon hóa tốt nhất mà không cần bổ sung thêm graphene (1000 farad per gram).
Trước đây các nhà khoa học đã cố gắng sử dụng các loại vật liệu xốp khác nhau và chất thải để làm điện cực cho siêu tụ điện, ví dụ, gáo dừa, trấu, và gần đây cả rác báo, lốp xe ô tô và những thứ khác. Nhưng làm việc với chúng luôn đòi hỏi quá trình ủ nhiệt độ cao (nung than) trong các lò nung đặc biệt. Hóa ra, khẩu trang là một vật liệu đơn giản hơn và rẻ hơn để chế biến, vì việc ngâm tẩm với graphene là đủ để mang lại cho chúng những đặc tính độc đáo.
Trong tương lai, các nhà nghiên cứu có kế hoạch sử dụng công nghệ mới để sản xuất pin cho xe điện, nhà máy năng lượng mặt trời và các ứng dụng khác.