Mỹ phát triển pin EV không chứa 'hóa chất vĩnh cửu'

Nếu không được xử lý đúng cách khi hết tuổi thọ, nguy cơ ô nhiễm đất và nước từ pin EV là rất lớn. Pin không chỉ chứa vật liệu đất hiếm mà còn có "hóa chất vĩnh cửu" trong cực âm và chất điện phân.

Trước thực trạng này, các nhà nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật phân tử Pritzker thuộc Đại học Chicago (Mỹ) đang thiết kế một loại pin không sử dụng các hóa chất độc hại này ngay từ đầu.

Theo Mckinsey, nhu cầu về pin lithium-ion toàn cầu dự kiến sẽ tăng từ 700 gigawatt-giờ vào năm 2022 lên mức khổng lồ 4,7 terawatt-giờ vào năm 2030. Đó là vì việc sử dụng pin không chỉ tăng lên ở xe điện mà còn ở các thiết bị điện, máy bay không người lái, lưu trữ năng lượng cấp lưới điện và hàng chục ứng dụng khác. Nhưng đằng sau đó là vấn đề sử dụng hóa chất độc hại vẫn chưa được giải quyết.

Ngoài vật liệu đất hiếm trong pin EV và động cơ, các thành phần này còn sử dụng các hóa chất nguy hiểm gọi là PFAS, viết tắt của các chất per- và polyfluoroalkyl nhóm các hóa chất tổng hợp có khả năng kháng dầu, mỡ, nước và nhiệt. Theo Hội đồng Bảo vệ Tài nguyên Quốc gia Mỹ, chúng có trong mọi thứ, từ quần áo đến chảo chống dính. Đáng chú ý chúng không phân hủy trong môi trường và thậm chí có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua thức ăn và nước, do đó có tên gọi là "hóa chất vĩnh cửu".

Hiện nay, các nhà nghiên cứu tại Đại học Chicago đang thiết kế pin EV thế hệ tiếp theo không phụ thuộc vào PFAS. Cả cực âm và chất điện phân trong pin lithium-ion thông thường đều có PFAS. Chúng giúp giữ cho cấu trúc pin bên trong không bị ảnh hưởng. Các nhà nghiên cứu của Trường Kỹ thuật phân tử Pritzker cho biết việc có PFAS trong cực âm và chất điện phân không phải là yêu cầu cơ bản. Họ tuyên bố có giải pháp thay thế không ảnh hưởng đến hiệu suất.

“Chúng tôi đang đòi hỏi nhiều hơn từ pin của mình như hiệu suất ở nhiệt độ thấp và muốn hiệu suất ở nhiệt độ cao, sạc nhanh, pin kim loại lithium. Đây là những thứ mà chúng tôi đang đòi hỏi với tư cách là người tiêu dùng”, Chibueze Amanchukwu, giáo sư tại Trường Kỹ thuật Phân tử Pritzker của UChicago cho biết trong một bài đăng trên blog. “Những gì các tài liệu khoa học đang làm hiện nay là nói rằng: ‘Ồ, hãy thêm nhiều thành phần flo hơn vào chất điện phân’. Hầu như tất cả những thứ đó sẽ được coi là PFAS”.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đã phát triển một loại “dung môi không flo” đặc biệt không chứa PFAS cho chất điện phân. Nhưng chỉ riêng điều đó thôi thì không giải quyết được vấn đề. Thách thức là phải chứng minh rằng vật liệu này ít nhất sẽ phù hợp hoặc cải thiện hiệu suất của pin EV thông thường.

Các ô không chứa PFAS đã chứng minh được khả năng ghép ion tốt hơn, nghĩa là chúng có mật độ năng lượng cao hơn. Chúng có khả năng chống chịu nhiệt độ khắc nghiệt tốt hơn, với chu kỳ ổn định rõ ràng từ 60 độ F đến -40 độ. Chúng cũng có khả năng duy trì dung lượng tốt hơn, nghĩa là pin không chỉ kéo dài hơn mà còn tiếp tục hoạt động ở mức cao trong thời gian dài.

Tất nhiên những loại pin này đang trong giai đoạn thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và chưa đi vào sản xuất. Nhưng mục đích của nghiên cứu này là chứng minh rằng những lo ngại về môi trường đối với pin EV có thể được giải quyết ngay từ giai đoạn thiết kế.

Khi hàng triệu pin EV hết hạn sử dụng bước vào giai đoạn tái chế và giai đoạn tái sử dụng vào cuối thập kỷ này, nguy cơ chúng gây ô nhiễm môi trường là rất lớn, đặc biệt là nếu chúng không được xử lý đúng cách.

Theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường của Mỹ, PFAS có liên quan đến các mối nguy hiểm nghiêm trọng đối với sức khỏe, bao gồm các tác động đến sự phát triển ở trẻ em và các tác động đến khả năng sinh sản ở phụ nữ.

Hiện tại, phong trào EV toàn cầu đã áp dụng phương pháp tiếp cận "tiến nhanh và phá vỡ mọi thứ" phổ biến trong các gã khổng lồ công nghệ ở Thung lũng Silicon. Việc là người đầu tiên đưa sản phẩm ra thị trường quan trọng hơn việc giải quyết những thiệt hại tiềm tàng mà pin EV có thể gây ra sau nhiều năm hoặc nhiều thập kỷ. Nghiên cứu này cùng với các quy định và giải pháp chặt chẽ hơn, các quá trình phát triển pin trong tương lai có thể có cách tiếp cận thận trọng và thân thiện với môi trường hơn.

Nam Nguyễn