Theo báo cáo từ phương tiện truyền thông nước ngoài, các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (ORNL) của Hoa Kỳ đã phát triển và thử nghiệm hai phương pháp chuyển đổi than đá thành graphit, có thể được sử dụng cho pin xe điện và lưu trữ năng lượng tái tạo.
Sau khi chuyển đổi than đá thành graphit, các nhà nghiên cứu đã sản xuất và thử nghiệm pin nút được làm từ graphit. (Nguồn ảnh: ORNL)
Trưởng dự án Edgar Lara-Curzio cho biết, dự án này có ba lợi ích quan trọng, bao gồm thúc đẩy việc sử dụng xe điện để làm chậm lại tác động của biến đổi khí hậu; giảm sự phụ thuộc của Hoa Kỳ vào vật liệu nước ngoài; và thúc đẩy sự phát triển kinh tế ở các khu vực từng khai thác than.
Trong phòng thí nghiệm, dự án chuyển đổi than đá thành graphit được hỗ trợ bởi đội ngũ đa dạng gồm các kỹ sư, nhà khoa học vật liệu và nhà hóa học tính toán. Các nhà nghiên cứu cam kết phát triển và cải thiện quy trình sản xuất graphit để đạt được tính khả thi kinh tế và mở rộng quy mô sản xuất.
Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng Ứng dụng Đại học Kentucky (University of Kentucky Center for Applied Energy Research) đã hợp tác với Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge để cung cấp nhựa đường, than đá và chất thải than cần thiết cho dự án này. Trong khi đó, đối tác ngành công nghiệp Ramaco Carbon cung cấp than đá cho dự án và có kế hoạch thương mại hóa công nghệ này.
Phương pháp đổi mới của ORNL bao gồm quy trình điện hóa, không chỉ sản xuất được graphit chất lượng cao mà còn tận dụng chất thải từ quá trình chế biến than đá và các mỏ than cũ, từ đó giải quyết vấn đề môi trường. Quy trình này sử dụng nhiệt độ cao và môi trường thiếu oxy để đảm bảo than đá không bị cháy, mà thay vào đó tạo thành khí và chất lỏng than, sau đó được chế biến thành graphit. Lara-Curzio cho biết: “Điều thú vị là chúng tôi đã tìm ra cách tận dụng tối đa chất thải than đá.”
Hiệu suất và chi phí của các loại graphit này đều rất cạnh tranh. Phân tích kinh tế kỹ thuật sơ bộ cho thấy quy trình mới có thể có chi phí thấp hơn so với các phương pháp sản xuất graphit truyền thống. Các pin thử nghiệm được làm từ graphit của ORNL có khả năng duy trì dung lượng hiệu quả sau hàng trăm chu kỳ, gần như có thể so sánh với các sản phẩm thương mại tương tự. Kỹ sư ORNL Eric Wolfe cho biết: “Chất lượng graphit càng tốt thì pin càng tốt.”
Các nhà nghiên cứu đang nỗ lực nâng cao chất lượng graphit, cũng như số lượng và tốc độ sản xuất. Hiện tại, sản lượng graphit đã được mở rộng từ 5 gram một lần lên 500 gram. Cải tiến quy trình có thể tăng số lượng chuyển đổi trong quá trình phản ứng. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đang tìm cách rút ngắn thời gian sản xuất, hiện thời gian sản xuất là 4,5 giờ. Wolfe cho biết: “Chỉ cần rút ngắn thời gian sản xuất, chi phí sẽ giảm, đây là chìa khóa để đạt được thương mại hóa.”
Tổng thể, graphit là một dạng của carbon, và thành phần chính của than đá cũng là carbon. Nhưng quy trình của ORNL sẽ hấp thụ và loại bỏ tạp chất trong than đá, từ đó tạo ra vật liệu phù hợp để làm anode pin.
