Khoảnh khắc ‘cách mạng’ cho tương lai của máy bay không người lái và điện thoại, giải thoát kim loại hiếm khỏi sự truy 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" lên một tương lai mà phương tiện bay không người lái, điện thoại thông minh và xe điện sẽ không làm cạn kiệt kim loại hiếm.

Bóng đèn sáng trong 7 giây hoặc hơn trong thí nghiệm mới nhất. Song, công ty Nippon Paper Industries kỳ vọng có thể tăng dung lượng của pin đủ để cung cấp năng lượng cho một phương tiện bay không người lái vào năm tài chính 2030. Cuối cùng, tham vọng của công ty là đưa loại pin này vào xe ô tô.

Nếu thành công, sáng kiến của Nippon Paper sẽ là bước ngoặt tạo ra một công nghệ "giải thoát" cho kim loại hiếm và cho phép pin hiện tại cung cấp năng lượng cho đời sống.

Tại phòng thí nghiệm Fuji của Nippon Paper ở tỉnh Shizuoka, dưới chân núi Phú Sĩ, một bóng đèn nhỏ đã phát ra ánh sáng mạnh khi được kết nối từ dây 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 "cách mạng".

Pin được làm từ các sợi nano xenlulozơ 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, thứ đóng vai trò như một điện cực.

Pin làm từ bột gỗ, không sử dụng kim loại hiếm, ngoại trừ lá nhôm làm điện cực.

Không giống như pin từ lithium-ion, pin từ bột gỗ không bị suy giảm thậm chí sau hàng triệu lần sạc và xả điện. Đặc tính này đã được các nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm của Nippon Paper phát hiện hồi 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 xenlulozơ. Công ty có kế hoạch sản xuất một nguyên mẫu pin cung cấp năng lượng cho các phương tiện bay không người lái 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 dụng 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 thoát" cho các nguồn dự trữ khan hiếm như coban, lithium và niken.

Giá kim loại hiếm liên tục tăng do nhu cầu về xe điện 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 USD/tấn.

Cộng hòa Dân chủ Congo ước tính chiếm khoảng 70% sản lượng coban thế giới. Trong khi đó, Trung Quốc sản xuất hơn 20% sản lượng niken toàn cầu. Với việc sử dụng xe điện gia tăng, việc cắt giảm khai thác kim loại hiếm đang trở nên cấp thiết. Việc khai thác sử dụng những kim loại này đang tạo ra những lo ngại về an ninh kinh tế.

Pin của Nippon Paper có thể lấy từ các khu rừng chiếm 2/3 diện tích của Nhật Bản. Gỗ có thể được bổ sung bằng cách trồng thêm cây. 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 tại Trung Quốc và Pháp. Các nhà khai thác đã 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 này, sau khi CEO Elon Musk tuyên bố xe điện sẽ sử dụng những thiết bị như vậy trong tương lai.

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

Nippon Paper hy vọng sẽ đạt doanh thu hợp nhất 1,3 nghìn tỷ yên (11,44 tỷ USD) cho đến tháng 3 năm 2031, bao gồm 65 tỷ yên từ sợi nano xenlulozơ và các vật liệu mới khác. Con số đó sẽ tăng 29% so với năm 2020.