Pin làm từ bột gỗ cho máy bay không người lái và điện thoại

Theo Nikkei, Nippon Paper Industries đã thắp sáng thành công bóng đèn bằng pin làm từ bột gỗ, góp phần tăng thêm hy vọng về một tương lai trong đó việc sử dụng máy bay không người lái, điện thoại thông minh và xe điện sẽ không làm cạn kiệt kim loại hiếm.

Pin làm từ bột gỗ, do Nippon Paper phát triển, không sử dụng kim loại quý hiếm ngoài vệc dùng lá nhôm làm điện cực

chụp màn hình Takesaburo Takahashi

Tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Vật liệu Sáng tạo Fuji của Nippon Paper ở tỉnh Shizuoka dưới chân núi Phú Sĩ vào cuối tháng 11.2021, một bóng đèn nhỏ đã phát ra ánh sáng mạnh khi kết nối với pin làm từ bột gỗ. Mặc dù ánh sáng chỉ kéo dài ba giây trước khi bắt đầu mờ đi, nhưng ông Fuminari Nonomura, người đứng đầu phòng thí nghiệm, đã gọi đó là khoảnh khắc “cách mạng”. Pin bột gỗ được làm từ các sợi nano cellulose có đường kính 3 nanomet (nm), có độ dày 0,05 mm và nặng 0,15 gram. Các sợi nano được tinh chế từ bột gỗ, sau đó được xử lý thành các màng mỏng ngăn cách bởi lá nhôm, đóng vai trò như một điện cực.

Các sợi nano này có thể lưu trữ và giải phóng điện như trường hợp của pin kim loại. Tuy nhiên, khác với pin lithium-ion ngày nay, nó không bị suy giảm, thậm chí không bị suy giảm sau hàng triệu lần sạc và phóng điện. Đặc tính đặc biệt này được phát hiện vào tháng 3.2021 bởi các nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Fuji, nơi Nippon Paper cùng điều hành với Mikio Fukuhara, một nhà nghiên cứu tại Đại học Tohoku, và những người khác.

Trong khi bóng đèn LED 3 Vôn (V), 0,025 amp sáng trong 7 giây, thì mật độ năng lượng hoặc khả năng lưu trữ năng lượng của pin bột gỗ đo được là khoảng 1 watt-giờ/kilogam. Trong một thí nghiệm trước đây, các nhà nghiên cứu của Fuji từng ghi nhận được mật độ năng lượng lên tới 10 watt-giờ. Trong hai thí nghiệm này, dung lượng của pin bột gỗ được chứng minh tương đương với một phần 200 và một phần 20 của pin lithium-ion.

Trong thử nghiệm mới nhất của Nippon Paper, bóng đèn vẫn sáng trong 7 giây hoặc lâu hơn, nhưng công ty dự kiến có thể tăng dung lượng pin lên mức có thể cung cấp năng lượng cho máy bay không người lái vào năm tài chính 2023, sau đó là điện thoại thông minh và các thiết bị khác vào năm tài chính 2030. Tập đoàn sản xuất giấy Nhật Bản còn muốn lắp pin bột gỗ vào ô tô. Nếu thành công, thì sự đổi mới của Nippon Paper sẽ là bước ngoặt, giúp giảm bớt phụ thuộc vào các kim loại hiếm.

Giá lithium đã tăng hơn gấp đôi trong năm qua lên khoảng 30 USD/kg. Giá coban cũng tăng gấp đôi lên 60.000 USD/tấn. Cộng hòa Dân chủ Congo ước tính chiếm 70% sản lượng coban của thế giới, trong khi đó hơn 20% niken được sản xuất ở Trung Quốc. Khi sử dụng xe điện tăng lên, thì việc cắt giảm kim loại hiếm sẽ ngày càng trở nên cấp thiết vì sử dụng chúng tạo ra lo ngại về an ninh kinh tế.

Pin bột gỗ của Nippon có thể được lấy từ các khu rừng ở Nhật Bản, và có khả năng được bổ sung bằng cách trồng cây. Thách thức chính của công ty hiện nay là cải thiện đáng kể khả năng lưu trữ của pin trước khi nó có thể cung cấp năng lượng cho xe điện.

Theo Nikkei, Nippon đang tìm cách tăng dung lượng pin bằng cách chồng các màng sợi nano cellulose lên nhau. Công ty cũng cần phát triển công nghệ xử lý sợi nano thành các tấm có độ dày bằng nhau để ngăn chúng cháy. Hãng này cũng nên chung tay với các nhà sản xuất pin và thiết bị khác để phát triển những công nghệ đó.

“Nghiên cứu về vật liệu mới sẽ không sớm tạo ra nguồn thu nhập tiếp theo cho Nippon Paper”, một chuyên gia phân tích của công ty chứng khoán Nhật Bản nói. Tuy nhiên, theo ông Mikio Fukuhara, với tư cách là nhà sản xuất giấy, Nippon Paper sẽ mở đường cho “thiết bị điện tử giấy” có thể góp phần vào quá trình loại bỏ carbon.