Biến rác thải khẩu trang thành pin lithium-ion

Đại dịch Covid-19 diễn ra kéo theo rất nhiều thay đổi trong cuộc sống của con người, đặc biệt là những chiếc khẩu trang được phát huy tối đa giá trị, trở thành tấm lá chắn bảo vệ không thể thiếu của người dân khắp nơi trên thế giới. Lượng rác thải khẩu trang cũng vì thế mà tăng lên gấp nhiều lần so với khoảng thời gian trước đại dịch.

Những chiếc khẩu trang y tế dùng một lần có nguồn gốc từ polypropylene sau khi được sử dụng hầu hết sẽ kết thúc vòng đời ở các bãi rác hoặc ngoài đại dương. Chỉ tính năm 2020, năm đầu tiên diễn ra đại dịch Covid-19, đã có đến 52 tỉ khẩu trang được sản xuất, trong đó 1,56 tỉ chiếc sau khi sử dụng bị vất ra biển. Con số này còn lớn hơn vào năm 2021 và chưa có dấu hiệu giảm xuống.

Để góp phần giải quyết tình trạng ô nhiễm rác thải khẩu trang này, nhóm nghiên cứu thuộc trường Đại học Khoa học và Công nghệ quốc gia Nga đã hợp tác cùng các đồng nghiệp đến từ Mỹ và Mexico, tìm ra phương pháp tái chế khẩu trang y tế dùng một lần thành pin Lithium-ion hiệu suất cao.    

Những chiếc khẩu trang cũ sau khi làm sạch và khử trùng bằng sóng siêu âm sẽ được nhúng qua một lớp mực graphene. Tiếp theo, người ta sẽ nén chúng và đốt nóng ở nhiệt độ 140 độ C, tạo thành các viên nhỏ đóng vai trò là điện cực của pin. Điện cực âm và dương được ngăn cách bởi một tấm màng ngăn cũng làm từ khẩu trang tái chế. Công đoạn cuối cùng là nhúng toàn bộ vào một bình điện phân rồi phủ lên một lớp vỏ làm từ vỏ thuốc cũ tái chế để tạo thành viên pin hoàn chỉnh. Bằng cách này, toàn bộ viên pin đều được sản xuất từ các vật liệu tái chế, chỉ trừ lớp graphene.

Viên pin hoàn chỉnh có năng lượng riêng là 99,7 W.h/kg, xấp xỉ với năng lượng riêng của một viên pin Lithium-ion (100-265 W.h/kg). Nhóm nghiên cứu sau đó đã thêm vào điện cực các hạt nano perovskite oxit canxi cobalt, kết quả là năng lượng riêng của chúng đã tăng lên đến 208 W.h/kg. Sau khoảng 1500 lần sạc, dung lượng pin còn lại là 82% và có thể duy trì sử dụng liên tục hơn 10 tiếng ở mức điện áp 0,54V.

Đây thực sự là một khám phá hiệu quả khi vừa giải quyết được tình trạng ô nhiễm rác thải dùng một lần, vừa tạo ra loại vật liệu mới giá rẻ và hiệu quả cao. Phát minh này đã được nhóm nghiên cứu công bố trên tạp chí Energy Storage vào đầu tháng 2/2022. Loại pin mới này vẫn đang tiếp tục được cải tiến để đảm bảo phù hợp sử dụng cho các thiết bị gia dụng như đèn hay đồng hồ, ... trong tương lai.