Материал работает как электролит в твердотельном аккумуляторном элементе.
Исследователь был вдохновлен тем, как Дамблдор убирался в комнате одним взмахом руки, и задался вопросом, можно ли применить подобную «магию» к переработке батареек.
Getty Images / Фандом Гарри Поттера
Исследователи Массачусетского технологического института разработали новый «самоорганизующийся» материал для переработки аккумуляторов электромобилей.
В настоящее время большое количество использованных аккумуляторов электромобилей оказывается на свалках, поскольку переработка сложна и дорога, а также часто требует использования едких химикатов.
Новый подход Массачусетского технологического института основан на принципе «сначала переработка».
Вместо того чтобы разрабатывать аккумулятор с расчетом на производительность, а затем думать, как его переработать, команда спроектировала ключевой компонент аккумулятора таким образом, чтобы его можно было легко перерабатывать с самого начала.
Этот материал батареи выполняет функцию электролита — части батареи, которая перемещает ионы лития между положительно заряженным катодом и отрицательно заряженным анодом.
Но его особенность в том, что он может быстро развалиться при погружении в простую органическую жидкость.
«Электролит удерживает два электрода батареи вместе и обеспечивает пути движения литий-ионов», — сказал Юкио Чо, первый автор статьи.
«Поэтому, когда вы захотите переработать батарею, весь слой электролита может отпасть естественным образом, и вы сможете переработать электроды отдельно», — добавил Чо.
Технология аккумуляторов, вдохновленная магическим трюком из Гарри Поттера
Вдохновленный сценой из «Гарри Поттера», где Дамблдор одним взмахом руки убирает комнату, исследователь Чо задался вопросом, можно ли применить подобную «магию» к переработке батареек.
Когда Чо узнал о молекулах, которые могут собираться в сложные структуры и возвращаться к своей первоначальной форме, он задумал использовать эту концепцию для создания перерабатываемого материала для аккумуляторов.
Экологичный электролитный материал состоит из мельчайших молекул, называемых арамидными амфифилами (АА), которые могут самоорганизовываться в воде.
Эти молекулы были разработаны для имитации прочной и стабильной химической структуры кевлара — пуленепробиваемого материала.
Более того, к молекулам был добавлен полиэтиленгликоль (ПЭГ), чтобы они могли проводить ионы лития.
При контакте с водой молекулы спонтанно образуют прочные наноленты с ионнопроводящей поверхностью. Эти наноленты затем могут быть подвергнуты горячему прессованию для получения твердотельного материала.
«Материал состоит из двух частей», — сказал Чо.
«Первая часть — это гибкая цепь, которая дает нам гнездо или «хозяин», по которому могут перемещаться ионы лития», — пояснил Чо.
«Вторая часть — это прочный органический компонент, который используется в кевларе, пуленепробиваемом материале. Он обеспечивает устойчивость всей конструкции».
Доказательство концепции
Когда аккумулятор больше не используется, его помещают в органические растворители.
Эта жидкость заставляет электролит, скрепляющий слои батареи, растворяться — подобно сахарной вате в воде.
По мере разложения электролита вся батарея разбирается, что позволяет легко сортировать и перерабатывать ее отдельные компоненты.
Новый материал, созданный командой, оказался достаточно прочным и жестким, чтобы выдержать суровые условия работы аккумуляторной батареи.
Однако, хотя наноленты успешно перемещали ионы лития между катодом и анодом, побочный эффект, называемый поляризацией, замедлял движение ионов во время быстрой зарядки и разрядки.
«Ионы лития нормально двигались вдоль нановолокна, но перенос ионов лития из нановолокон в оксид металла, по-видимому, является наиболее медленной точкой процесса», — пояснил Чо.
Это в конечном итоге ограничило его производительность по сравнению с лучшими на сегодняшний день коммерческими батареями.
Разработка пока что является проверкой концепции, и команда планирует провести больше экспериментов для оптимизации характеристик материала.
В случае принятия эта технология могла бы помочь вернуть поставки лития в США, поскольку стала бы возможной повторная переработка материалов из существующих аккумуляторов.
Исследователи утверждают, что этот материал может быть легче адаптировать для новых технологий аккумуляторов, которые появятся в ближайшие 5–10 лет.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Chemistry.
Sourse: interestingengineering.com
