Изследователи от MIT са разработили нов „самосглобяващ се“ материал за батерии, който да се използва за рециклиране на батерии за електрически автомобили (EV). В момента много от използваните EV батерии се озовават на сметища, защото рециклирането е сложно и скъпо и често изисква използването на агресивни химикали. Новият подход на MIT се основава на принципа „рециклирането на първо място“.

Вместо да проектират батерия с оглед на нейната производителност и едва след това да обмислят как да я рециклират, екипът е проектирал ключов компонент на батерията, който да бъде лесно рециклируем от самото начало.

Този материал за батерии функционира като електролит – частта от батерията, която пренася литиеви йони между положително заредения катод и отрицателно заредения анод. Това, което го прави толкова специален, е, че може бързо да се разпадне, когато бъде потопен в обикновена органична течност.

„Електролитът държи двата електрода на батерията заедно и осигурява пътищата за литиевите йони“, обяснява Юкио Чо, първият автор на статията. „Така че, когато искате да рециклирате батерията, целият електролитен слой може да падне естествено и можете да рециклирате електродите поотделно“, добавя той.

Вдъхновен от сцена в „Хари Потър“, в която Дъмбълдор почиства стая с едно движение на ръката си, изследователят Чо се зачудил дали подобна „магия“ може да се приложи при рециклирането на батерии. Когато Чо научил за молекули, които могат да се събират в сложни структури и да се връщат в първоначалната си форма, той си представил да използва тази концепция за създаване на рециклируем материал за батерии.

Устойчивият електролитен материал се състои от миниатюрни молекули, наречени арамидни амфифили, които могат да се самосглобяват във вода. Тези молекули са проектирани да имитират силната и стабилна химична структура на кевлара: материал, използван за производство на бронежилетки. Освен това към молекулите е добавен полиетиленгликол, за да могат да провеждат литиеви йони. Когато са изложени на вода, молекулите спонтанно образуват устойчиви наноленти с йоннопроводящи повърхности. Тези наноленти могат да бъдат пресовани на горещо, за да образуват твърд материал.

„Материалът се състои от две части“, обяснява Чо. „Първата част е тази гъвкава верига, която ни дава гнездо или приемник, в който литиевите йони да се движат. Втората част е този силен органичен материал, който се използва в кевлара, който е бронебойна материя. Те правят цялата структура стабилна.“

Когато батерията вече не е използваема, тя се поставя в органични разтворители. Тази течност причинява разтваряне на електролита, който държи слоевете на батерията заедно – подобно на захарен памук във вода. Когато електролитът се разгради, цялата батерия се разглобява, което позволява лесното сортиране и рециклиране на отделните ѝ компоненти. Новият материал на екипа се оказа достатъчно здрав и издръжлив, за да издържи на натоварванията на работеща батерия.

Въпреки че нанолентите успешно преместваха литиевите йони между катода и анода, страничен ефект, наречен поляризация, забавя движението на йоните по време на бързото зареждане и разреждане.

„Литиевите йони се движеха добре по нановлакната, но прехвърлянето на литиевите йони от нановлакната към металния оксид изглеждаше най-бавната част от процеса“, разказва Чо.

Това в крайна сметка ограничи производителността в сравнение с най-добрите комерсиално налични батерии днес. Разработката все още е доказателство за концепцията и екипът планира да проведе още експерименти, за да оптимизира производителността на материала. Ако бъде приета, тази технология би могла да спомогне за връщането на доставките на литий в САЩ, като позволи повторното използване на материали от съществуващите батерии. Изследователите заявяват, че този материал би могъл да бъде по-лесно приет за новите батерийни технологии, които ще се появят в следващите 5 до 10 години.

Снимка: Unsplash

Виж още: Динамичен и необясним феномен в Южния Атлантик заплашва космическите амбиции на човечеството