Khoa học tự nhiên

Sử dụng rễ cây trồng để chế tạo pin lithi-ion thân thiện sinh thái (20/12/2012)

Các nhà nghiên cứu ở Hoa Kỳ đã phát hiện ra một vật liệu thân thiện sinh thái thay cho các quặng kim loại hiện chuyên dùng trong các điện cực của pin lithi-ion. Pin mới không độc hại và bền vững sử dụng purpurin, một loại thuốc nhuộm đỏ/vàng chiết suất từ rễ cây thiên thảo, đã được dùng để nhuộm quần áo trong vòng ít nhất 3.500 năm, nghĩa là chất này có thể được tạo ra đơn giản bằng cách trồng chứ không phải khai thác.

Hiện nay, oxit coban lithi (LiCoO₂) là vật liệu được lựa chọn để chế tạo cực âm trong pin lithi-ion. Tuy nhiên, việc khai thác coban và kết hợp nó với lithi ở nhiệt độ cao tạo thành cực âm là một qui trình tốn kém và mất nhiều năng lượng.

Về mức năng lượng được sử dụng để khai thác coban ở giai đoạn tái chế, GS. Arava Leela Mohana Reddy, Đại học Rice cho biết với mỗi kWh năng lượng trong pin lithi-ion, quá trình sản xuất và tái chế ước tính thải ra 72 kg (hay 159 lb) CO₂ vào khí quyển. 

GS Reddy cùng với các nhà nghiên cứu ở Hoa Kỳ đã phát hiện thấy purpurin và các phân tử màu sinh học khác có tiềm năng lớn trở thành biện pháp thay thế thân thiện hơn với môi trường. Đó là vì các nhóm carbonyl và hydroxyl trong các phân tử này thành thạo trong việc di chuyển xuôi ngược qua các điện tử.

Việc chế tạo điện cực từ purpurin có thể được thực hiện ở nhiệt độ phòng trong một qui trình đơn giản bao gồm hòa tan purpurin trong dung môi rượu và bổ sung muối lithi. Sau khi dung dịch chuyển từ màu vàng hơi đỏ sang màu hồng, chứng tỏ các ion lithi của muối đã liên kết với purpurin, dung môi có thể được loại bỏ và điện cực sẵn sàng sử dụng.

Nhóm nghiên cứu cho rằng purpurin được sử dụng dễ dàng hơn 1 hoặc 2 phân tử hữu cơ khác được nghiên cứu sử dụng trong pin lithi-ion. Ngoài ra, trồng cây thiên thảo hoặc các cây trồng làm sinh khối khác còn giúp khử CO₂ từ khí quyển. Do đó, pin được chế tạo ra sẽ không độc hại và xử lý dễ dàng.

Sử dụng purpurin bổ sung thêm 20% cacbon để tăng độ dẫn điện, các nhà khoa học đã chế tạo được pin công suất 90 mAh/g sau 50 chu trình nạp/phóng điện.

Các nhà nghiên cứu tin rằng pin lithi-ion thân thiện sinh thái này sẽ được sản xuất thương mại trong vài năm tới. 

Nguồn: NASATI