Переработка батарей может упроститься благодаря самособирающемуся материалу

Материал с уникальной способностью к самособиранию разработан в Массачусетском технологическом институте (MIT) и может стать ключом к утилизации аккумуляторов электромобилей. Исследователи сконструировали органический электролит, который в конце срока службы батареи легко разрушается в органическом растворителе, что облегчает отделение и переработку компонентов.

Речь идёт о молекулах, представляющих собой амфифильные арамида (aramid amphiphiles, AAs), напоминающие по строению кевлар. Они модифицированы полиэтиленгликолевыми (PEG) цепями, которые обеспечивают транспорт литий-ионов. В водной среде эти молекулы самособираются в прочные наноленты, устойчивые и проводящие, пригодные для прессования в гибкий твёрдый электролит.

При испытаниях был создан прототип твердотельной батареи с катодом из фосфата лития и анодом из окиси титана лития — материалы, уже применяемые в коммерции. Электролит успешно обеспечивал движение литий-ионов между электродами. В то же время было отмечено замедление передачи ионов от нанолент к электродам, вызванное эффектом поляризации, что ограничивает скорость зарядки и разрядки.

Один из авторов автор исследования Юкио Чо (Yukio Cho) пояснил, что батарея пока не демонстрирует выдающихся характеристик, поскольку весь электролит был сформирован из нового материала. Он уточнил, что идея не в полном замещении, а использовании его в качестве одного из слоёв электролита для запуска процесса переработки.

«Саморазборка» батареи происходит за считанные минуты при помещении в органический растворитель. В результате компоненты можно отсортировать и переработать без использования высоких температур или агрессивных химикатов. Такой подход отражает концепцию «сначала переработка»: аккумулятор проектируется уже с учётом возможности безопасного и эффективного восстановления материалов в конце жизни устройства.

В статье, опубликованной в журнале Nature Chemistry, сообщается, что наноленты обладают высокими механическими характеристиками — модули упругости порядка 70 МПа и удельная прочность около 1 МДж/м³, а электропроводность составляет около 1,6 × 10⁻⁴ С/см при 50 °C. Кроме того, после добавления растворителя все компоненты батареи возвращаются к исходному состоянию, что позволяет полностью очистить и переработать элементы устройства.

На фоне роста электромобильного парка в мире решение проблемы утилизации аккумуляторов приобретает критическое значение. По мнению ученых, возможность выделения и переработки лития из батарей позволит снизить потребность в добыче и защитить рынок от скачков цен на этот ресурс.

В соответствии с данным подходом, учёные планируют изучить способы интеграции данного материала в существующие конструкции аккумуляторов и в новые химические схемы. Однако они отмечают, что существующим производителям батарей будет сложно изменить устоявшиеся технологии. Поэтому более реалистичным представляется применение самособирающегося электролита в разработке новых поколений аккумуляторов, а не модернизация текущих систем.