Nhà sản xuất giấy hàng đầu Nhật Bản thành công trong việc thắp sáng bóng đèn điện chạy bằng pin làm từ bột gỗ

Đây là khoảnh khắc mang tính ”cách mạng” cho tương lai của máy bay không người lái và điện thoại, giải thoát kim loại hiếm khỏi cuộc săn lùng.

Một nhà sản xuất giấy hàng đầu Nhật Bản đã thành công trong việc thắp sáng bóng đèn điện chạy bằng pin làm từ bột gỗ. Phát minh này đang ”thắp sáng” lên một tương lai nơi mà các phương tiện bay không người lái, điện thoại thông minh và xe điện sẽ không làm cạn kiệt kim loại hiếm.

Bóng đèn vẫn sáng trong 7 giây trong thử nghiệm mới nhất, tuy nhiên công ty Nippon Paper Industries hy vọng có thể tăng dung lượng của pin đủ lâu để cung cấp năng lượng cho máy bay không người lái vào năm tài chính 2030. Cuối cùng, tham vọng của công ty là đưa loại pin này vào thị trường xe ô tô.

Nếu thành công, sáng kiến của Nippon Paper sẽ là bước ngoặt tạo ra một công nghệ ”giải phóng” cho kim loại hiếm và cho phép các loại pin hiện tại có thể tăng tuổi thọ.

Tại phòng thí nghiệm Fuji của Nippon Paper ở tỉnh Shizuoka dưới chân núi Phú sĩ, chiếc bóng đèn nhỏ đã phát ra ánh sáng khi được kết nối từ dây dẫn đến pin bằng bột gỗ. Mặc dù ánh sáng chỉ duy trì trong 3 giây trước khi mờ đi, nhưng người đứng đầu phòng thí nghiệm Fuminari Nonomura đã gọi đó là khoảnh khắc mang tính ”cách mạng”.

Pin được làm từ các sợi nano xenlulo có đường kính 3 nanomet, hay 3 phần tỷ mét. Các sợi nano được tinh chế từ bột gỗ, sau đó được xử lý thành các màng mỏng được ngăn cách bởi các lá nhôm đóng vai trò như một điện cực. Ngoài các lá nhôm này pin không có thành phần kim loại hiếm.

Không giống như pin từ lithium-ion, pin bột gỗ không bị suy giảm chất lượng thậm chí sau hàng triệu lần sạc và xả điện. Đặc tính này được các nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm của Nippon Paper phát hiện vào tháng 3.

Trong năm tài chính 2022, Nippon Paper sẽ tạo ra hình dạng tối ưu và phương pháp tốt nhất để xử lý sợi nano xenlulo. Công ty có kế hoạch sản xuất một nguyên mẫu pin để cung cấp năng lượng cho các phương tiện bay không người lái cỡ nhỏ vào năm 2023 và bắt đầu mang đi giới thiệu sau khi trưng bày tại triển lãm Expo 2025 ở Osaka.

Công ty cũng có kế hoạch đưa pin bột gỗ vào ứng dựng thực tế trong điện thoại thông minh và thiết bị điện tử gia dụng nhỏ vào năm 2030.

Cuối cùng công ty này hy vọng sẽ đưa pin bột gỗ vào xe điện thay cho pin lithium-ion, ”giải phóng” các nguồn dự trữ khan hiếm như coban, lithium và niken.

Giá kim loại hiếm tiếp tục tăng do nhu cầu tiêu thụ xe ngày càng mở rộng, giá lithium đã tăng hơn gấp đôi trong năm 2021, lên khoảng 30 USD/kg. Giá coban cũng tăng gấp đôi lên 60,000 UDS/tấn.

Cộng hoà Dân chủ Congo ước tính chiếm khoảng 70% sản lượng coban trên thế giới. Trong khi đó, Trung Quốc sản xuất hơn 20% sản lượng niken toàn cầu. Với việc sử dụng xe điện ngày càng tăng, yêu cầu cắt giảm khai thác kim loại hiếm đang trở nên cấp thiết vì các lo ngại về an ninh kinh tế.

Nguyên liệu cho Pin của Nippon Paper có thể lấy từ các khu rừng, chiếm 2/3 diện tích Nhật Bản. Gỗ được bổ sung bằng cách trồng thêm nhiều cây hơn. Thách thức chính của công ty hiện nay là cải thiện đáng kể khả năng lưu trữ của pin, để chúng có thể cung cấp năng lượng cho xe điện.

Xe buýt, ô tô và tàu điện sử dụng tụ điện làm nguồn năng lượng đã hoạt động ở Trung Quốc và Pháp. Các nhà khai thác thiết lập lượng lớn các trạm sạc để bù đắp cho khả năng tích trữ điện nhỏ của tụ điện và tận dụng khả năng sạc nhanh của chúng.

Tesla đã mua lại Maxwell Technologies vào năm 2019 để tiếp cận đến công nghệ tụ điện tân tiến của công ty, sau khi Giám đốc điều hành Elon Musk tuyên bố xe điện sẽ sử dụng những thiết bị như vậy trong tương lai.

Hiện nay sợi nano xenlulo chủ yếu được sử dụng làm chất phụ gia trong đồ ăn nhẹ và các sản phẩm như dầu gội đầu. Sợi nano xenlulo sẽ được săn đón nhiều hơn nếu chúng có thể được sử dụng như một vật liệu quan trọng trong pin.

Nippon Paper hy vọng sẽ đạt được tổng doanh thu hợp nhất 1,3 triệu Yên cho đến tháng 3 năm 2031, bao gồm 65 tỷ Yên từ sợi nano xenlulo và các vật liệu mới khác. Con số đó sẽ tăng 29% so với năm 2020.

• nguyên liệu mới