Tin thị trường và sản phẩm

Bảo Hiền tổng hợp

Thay vì chỉ thu hồi kim loại từ ắc quy chì–axit đã qua sử dụng, nhóm nghiên cứu Romania thử nghiệm biến vật liệu từ bản cực thải thành vật liệu điện cực có đặc tính điện hóa có thể điều chỉnh. Bằng cách kết hợp chì thu hồi với các oxit kim loại, sau đó nấu chảy và làm nguội nhanh, nhóm đã chế tạo tám mẫu vật liệu. Hai mẫu nổi bật về đặc tính điện hóa là mẫu bổ sung đồng oxit và antimon oxit, cùng mẫu kết hợp các hợp chất sắt. Kết quả mở ra một hướng nghiên cứu nhằm nâng cao giá trị sử dụng của nguyên liệu tái chế, dù khả năng ứng dụng trong ắc quy thực tế vẫn cần được kiểm chứng.

Công trình do Delia Niculina Piscoiu, Simona Rada, Tudor Panfil Toader và Horatiu Vermesan thực hiện, thuộc Đại học Kỹ thuật Cluj-Napoca và hai viện nghiên cứu tại Cluj-Napoca, Romania. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Materials ngày 4/8/2026.

Từ thu hồi kim loại đến phát triển vật liệu mới

Tái chế ắc quy chì–axit hiện chủ yếu dựa vào nhiệt luyện, trong đó vật liệu chứa chì được xử lý ở nhiệt độ cao để tách kim loại khỏi tạp chất. Theo bài báo, phương pháp này có thể thu hồi hơn 95% lượng chì, nhưng tiêu thụ nhiều năng lượng và tiềm ẩn nguy cơ phát thải bụi chì.

Các hướng tiếp cận khác, như thủy luyện, thu hồi điện hóa hoặc tái sử dụng trực tiếp vật liệu chứa chì, đang được nghiên cứu nhằm giảm tác động môi trường và nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên.
Trong công trình này, nhóm nghiên cứu lựa chọn hướng phát triển vật liệu: sử dụng bản cực từ ắc quy ô tô đã hỏng làm nguyên liệu đầu vào, sau đó phối trộn với các oxit hoặc kim loại để tạo ra những tổ hợp có tính chất khác nhau. Bản cực âm cung cấp chì kim loại (Pb), trong khi bản cực dương cung cấp chì dioxit (PbO₂).

Cách tiếp cận này chuyển trọng tâm từ việc thu hồi chì dưới dạng kim loại sang khai thác tiềm năng của vật liệu chứa chì trong các ứng dụng điện hóa. Tuy nhiên, nghiên cứu hiện mới đánh giá các đặc tính ban đầu của vật liệu, chưa chứng minh được hiệu quả trong một hệ thống lưu trữ điện hoàn chỉnh.

Kết hợp oxit kim loại để điều chỉnh đặc tính điện hóa

Nhóm nghiên cứu chế tạo bốn công thức vật liệu, mỗi công thức có thành phần bổ sung khác nhau:

• P1: Bổ sung 30% CaO.
• P2: Bổ sung 20% CuO cùng Sb₂O₃.
• P3: Bổ sung 8% sắt kim loại (Fe) trên nền CaO và Fe₂O₃.
• P4: Bổ sung 3% CaO trên nền Fe₂O₃.

Các tỷ lệ trên được tính theo mol như mô tả trong bài báo.

Vật liệu được chế tạo bằng hai phương pháp. Ở phương pháp thứ nhất, hỗn hợp được nấu chảy ở 1.050–1.150°C, giữ trong 5–10 phút rồi đổ lên tấm thép để làm nguội nhanh. Bốn mẫu thu được mang ký hiệu P1–P4.

Phương pháp thứ hai bổ sung một bước xử lý ướt trước khi nấu chảy. Hỗn hợp bột được nghiền, đưa vào dung dịch gồm 3,5 mL NH₄OH 1 M và 96,5 mL nước, khuấy và gia nhiệt đến 75–100°C cho đến khi khô. Vật liệu sau đó được nung ở 300°C trong 15 phút, trước khi nấu chảy và làm nguội nhanh. Các mẫu này được ký hiệu P1N–P4N.

Theo nhóm tác giả, xử lý ướt nhằm cải thiện quá trình khử sunfat. Việc kết hợp hai phương pháp chế tạo cho phép so sánh ảnh hưởng của thành phần vật liệu và quy trình xử lý đến các đặc tính điện hóa.
Cấu trúc vật liệu được khảo sát bằng nhiễu xạ tia X (XRD). Các phép đo điện hóa gồm quét thế vòng (CV), quét thế tuyến tính (LSV) và phổ tổng trở điện hóa (EIS). Thử nghiệm được thực hiện trong dung dịch axit sunfuric 5 M, với điện cực calomel làm điện cực tham chiếu, bạch kim làm điện cực đối và tốc độ quét 10 mV/s.

Hai mẫu nổi bật trong thử nghiệm

Kết quả XRD cho thấy cả tám mẫu đều chứa chì kim loại, PbO₂ và pha chì oxysunfat Pb₂SO₅. Ở các mẫu được xử lý ướt, lượng Pb₂SO₅ giảm, đồng thời xuất hiện thêm PbSO₄ và Pb₃O₄. Nhóm nghiên cứu cho rằng những thay đổi này phản ánh quá trình khử sunfat diễn ra một phần.

Các phép phân tích cũng cho thấy oxit sắt bị khử thành Fe₃O₄ ở nhiệt độ trên 950°C. Theo nhóm tác giả, pha Fe₃O₄ có thể góp phần vào quá trình khử sunfat.

Trong nhóm nấu chảy trực tiếp, mẫu P2, chứa đồng oxit và antimon oxit, đạt thế nửa sóng thấp nhất, ở mức 0,012 V, cùng điện trở chuyển điện tích 207,21 Ω. Trong nhóm xử lý ướt, P3N có điện trở chuyển điện tích thấp nhất, 194,63 Ω, và thế nửa sóng 0,07 V.

Thế nửa sóng thấp hơn thường được xem là thuận lợi hơn trong điều kiện so sánh của nghiên cứu, trong khi điện trở chuyển điện tích thấp cho thấy quá trình chuyển điện tích dễ dàng hơn. 

Theo phần tóm tắt, P2 và P3N là hai mẫu có kết quả nổi bật nhất Trong khi P2 cho thấy lợi thế của phương pháp nấu chảy trực tiếp với thành phần bổ sung CuO và Sb₂O₃, P3N cho thấy tiềm năng của việc kết hợp các hợp chất sắt với bước xử lý ướt.

Ngược lại, P4 có điện trở chuyển điện tích cao nhất, ở mức 642,59 Ω, cùng đường CV bị biến dạng và tính thuận nghịch kém hơn. Sau khi bổ sung bước xử lý ướt, điện trở của mẫu tương ứng P4N giảm xuống 263,20 Ω.

Nhóm nghiên cứu nhận xét rằng xử lý ướt giúp các mẫu có đặc tính đồng đều hơn, trong khi nấu chảy trực tiếp có thể tạo ra hoạt tính điện hóa cao ở một số công thức nhưng kết quả biến động lớn hơn giữa các mẫu.

Tiềm năng nâng cao giá trị của nguyên liệu tái chế

Điểm đáng chú ý của nghiên cứu là khả năng điều chỉnh đặc tính điện hóa của vật liệu thu hồi thông qua thành phần bổ sung và quy trình chế tạo. Thay vì coi bản cực thải chỉ là nguồn nguyên liệu để lấy lại chì, hướng tiếp cận này xem xét khả năng sử dụng vật liệu sau xử lý như một tổ hợp có chức năng điện hóa.

Việc so sánh tám mẫu cũng cung cấp cơ sở ban đầu để lựa chọn thành phần và phương pháp chế tạo cho các nghiên cứu tiếp theo. Kết quả của P2 và P3N gợi ý rằng cả thành phần oxit kim loại lẫn bước xử lý trước khi nấu chảy đều có thể ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính vật liệu.

Nghiên cứu nằm trong chuỗi công trình trước đó của nhóm tác giả về việc bổ sung CaO, Fe₂O₃, Sb₂O₃ và CuO vào vật liệu từ bản cực ắc quy thải. Công trình mới tiếp tục mở rộng hướng nghiên cứu này bằng cách so sánh các công thức và hai quy trình chế tạo khác nhau.

Nghiên cứu được tài trợ từ dự án “Nucleu” giai đoạn 2022–2027 (PN 23240201). Các tác giả tuyên bố không có xung đột lợi ích.

Những giới hạn trước khi ứng dụng thực tế

Dù cho thấy tiềm năng điều chỉnh đặc tính điện hóa, nghiên cứu chưa chứng minh các vật liệu mới có thể cải thiện hiệu suất của ắc quy chì–axit trong thực tế.

Thứ nhất, các mẫu chỉ được đánh giá bằng những phép đo điện hóa trong phòng thí nghiệm, với tối đa ba chu kỳ quét. Bài báo chưa cung cấp dữ liệu về dung lượng, số chu kỳ nạp–xả, khả năng tự phóng điện hoặc độ bền khi vận hành trong một cell ắc quy hoàn chỉnh. Vì vậy, nhận định về khả năng sử dụng làm điện cực mới hiện vẫn dựa trên các chỉ số điện hóa ban đầu.

Thứ hai, nghiên cứu chưa đưa ra số liệu về tỷ lệ thu hồi chì, độ tinh khiết, mức tiêu thụ năng lượng hoặc chi phí sản xuất. Các ưu điểm của phương pháp làm nguội nhanh, như rút ngắn thời gian xử lý và giảm tiêu thụ năng lượng so với nấu chảy truyền thống, chủ yếu được đề cập trong phần tổng quan tài liệu, chưa được định lượng qua thí nghiệm này. Bảng so sánh các phương pháp tái chế cũng mang tính mô tả định tính.

Thứ ba, bài báo không trình bày số liệu lặp lại hoặc sai số cho từng mẫu, khiến việc đánh giá độ ổn định và khả năng tái lập kết quả còn hạn chế.

Một số dữ liệu trong bài cũng chưa nhất quán. Phần mô tả phép đo quét thế tuyến tính cho biết P3 có thế nửa sóng thấp nhất và mật độ dòng anot cao nhất trong nhóm mẫu nấu chảy trực tiếp, trong khi Bảng 4 ghi P2 có thế nửa sóng thấp nhất và P3 có mật độ dòng thấp nhất. Biểu đồ tổng hợp ở Hình 7 cũng thể hiện các giá trị thế nửa sóng khác với bảng số liệu.

Ngoài ra, phần tóm tắt xác định P2 và P3N là hai mẫu tốt nhất, nhưng các đoạn kết luận khác lần lượt đề cập P3 và P3N, hoặc P2N và P3N. Nhiệt độ nấu chảy của các mẫu xử lý ướt cũng không thống nhất giữa Bảng 1 và phần phương pháp. Bảng 6 ghi đơn vị mật độ dòng là A/cm² nhưng không thể hiện hệ số 10⁻³.

Những điểm này cần được làm rõ trước khi sử dụng số liệu để so sánh định lượng giữa các công thức. Phân tích hiện dựa trên bài báo gốc, chưa có kiểm chứng độc lập.

Nhìn chung, nghiên cứu đưa ra một hướng tiếp cận đáng chú ý trong việc chuyển vật liệu từ ắc quy chì–axit thải thành vật liệu có đặc tính điện hóa có thể điều chỉnh. Bước tiếp theo là kiểm chứng trong cell ắc quy thực tế, đánh giá độ bền qua nhiều chu kỳ nạp–xả và xác định hiệu quả năng lượng, chi phí cũng như khả năng mở rộng quy trình. Đây sẽ là những cơ sở quan trọng để xác định liệu hướng nghiên cứu này có thể tiến xa hơn từ thử nghiệm vật liệu trong phòng thí nghiệm đến ứng dụng trong tái chế và lưu trữ năng lượng hay không.

Nguồn tham khảo
Piscoiu, D. N., Rada, S., Toader, T. P., & Vermesan, H. (2026). “Electrochemical characterization of recovered lead from lead–acid battery recycling using wet/melt quenching method.” Materials, 19(15), Article 3311. https://doi.org/10.3390/ma19153311