Một nhóm nhà nghiên cứu đến từ Đại học Khoa học và Công nghệ Quốc gia Nga (NUST MISiS) cộng tác với các đồng nghiệp ở Mỹ và Mexico để phát triển phương pháp mới giúp biến khẩu trang đã qua sử dụng thành pin giá rẻ linh hoạt và hiệu quả. Họ công bố nghiên cứu trên tạp chí Energy Storage số tháng 2/2022.

Với sự xuất hiện của Covid-19, con người trở nên phụ thuộc vào các vật dụng bảo vệ cá nhân (PPE). Dù khẩu trang dùng một lần chiếm phần lớn lượng PPE trên khắp thế giới, việc xử lý sản phẩm đã qua sử dụng chưa được chú trọng, thường bị vứt ra bãi rác và trôi ra đại dương, giải phóng khí độc hại. Chỉ riêng trong năm 2020, thế giới đã sản xuất 52 tỷ chiếc khẩu trang và 1,56 tỷ trong số đó rơi xuống biển.

Để tái chế khẩu trang, đầu tiên nhóm nghiên cứu khử trùng khẩu trang bằng sóng siêu âm và nhúng vào mực làm từ graphene. Sau đó, họ nén khẩu trang và làm nóng tới 140 độ C để hình thành viên nhỏ hoạt động như điện cực của pin. Những viên nhỏ này được tách ra bằng một lớp cách nhiệt cũng làm từ khẩu trang đã qua sử dụng. Bước cuối cùng là ngâm toàn bộ vật thể trong chất điện phân và bọc bằng vỏ sản xuất từ vỏ thuốc bỏ đi. Theo cách trên, rác thải y tế trở thành cốt lõi của viên pin, thứ duy nhất cần thêm vào là graphene, theo giáo sư Anvar Zakhidov, giám đốc khoa học của dự án cơ sở hạ tầng "High-Performance, Flexible, Photovoltaic Devices Based in Hybrid Perovskites" tại NUST MISiS.

Zakhidov và cộng sự nhận thấy loại pin mới khá hiệu quả với mật độ năng lượng 99,7 Wh/kg, tiệm cận mật độ năng lượng của pin lithium-ion, nằm trong khoảng 100 - 265 Wh/kg. Các nhà nghiên cứu đã cải tiến thiết kế pin bằng cách thêm hạt nano của một loại vật liệu perovskite oxit canxi - coban vào điện cực. Cải tiến đó giúp mật độ năng lượng tăng gần gấp đôi, đạt mức 208 Wh/kg. Phiên bản pin cho hiệu suất tốt nhất còn 82% công suất sau 1.500 chu kỳ và có thể cung cấp năng lượng hơn 10 giờ ở điện thế 0,54 V.

Phương pháp mới có thể mở đường để sản xuất pin hiệu quả hơn các loại pin thông thường phủ kim loại và nặng hơn vốn có chi phí cao hơn. Loại pin mỏng giá rẻ của NUST MISiS cũng có thể dùng một lần và sử dụng trong các thiết bị gia dụng từ đồng hồ tới đèn trong tương lai.