Одна из главных проблем электромобилей сегодня — это утилизация батарей. Несмотря на их «зеленый» имидж, переработка аккумуляторов оказывается дорогой, химически токсичной и почти не работает в промышленных масштабах. Но команда Массачусетского технологического института (MIT) предложила подход, который может изменить ситуацию.
В журнале Nature Chemistry опубликовано исследование о новом самоорганизующемся материале, который легко растворяется в органических растворителях. Ученые показали, что он способен работать в качестве электролита для твердотельных аккумуляторов. Это важно, потому что именно электролит — вещество, по которому «путешествуют» ионы лития между электродами — обычно сложнее всего переработать. Он легко воспламеняется и распадается на токсичные отходы.
«Наш подход заключается в том, чтобы начать с легко перерабатываемых материалов и выяснить, как сделать их совместимыми с аккумуляторами. Проектирование аккумуляторов с учетом переработки с самого начала — это новый, а главное правильный подход», — объясняет ведущий автор работы, материаловед Юкио Чо
«Волшебный» электролит
Идея появилась у Чо после сцены из «Гарри Поттера», где Дамблдор восстанавливает старый дом одним движением руки. Ученый задался вопросом:
«Можно ли так же "починить" аккумуляторы, упростив их разборку и переработку?»
Для экспериментов команда выбрала арамидные амфифилы (АА) — молекулы, которые в воде выстраиваются в устойчивые структуры и по свойствам напоминают кевлар. Чтобы они проводили ионы лития, к ним «прикрепили» полиэтиленгликоль (ПЭГ). В итоге при контакте с водой материал самоорганизовался в тонкие наноленты, по которым ионы могли свободно двигаться.
Когда исследователи собрали тестовый твердотельный аккумулятор с катодом из литий-железо-фосфата и анодом из литий-титан-оксида, новый электролит заработал. Он позволял перемещать ионы, хотя при быстрой зарядке часть их скапливалась — на этом этапе разработка еще далека от идеала.
Но главное открытие в другом: после эксперимента батарею поместили в органический растворитель, и она растворилась «как сладкая вата в воде». Это значит, что процесс переработки может стать на порядок проще и чище, чем сегодня.
Проблемы и перспективы
Ученые признают, что их прототип пока не дотягивает до промышленного уровня и производительность ниже стандартов индустрии.
«Мы не хотим утверждать, что решили все проблемы с этим материалом», — отмечает Чо.
Тем не менее команда видит в нем путь к новым технологиям. Даже если использовать такой электролит только в одном-двух слоях аккумулятора, это уже облегчит переработку. А при росте числа электромобилей вопрос утилизации становится все острее: спрос на литий увеличивается, а его добыча не поспевает.
Если индустрия поддержит этот подход, можно будет создать замкнутый цикл использования литиевых батарей, что снизит зависимость от добычи сырья и уменьшит токсичные отходы. По словам исследователей, они предлагает новый принцип: проектировать аккумуляторы с учетом их «второй жизни». Это может стать ключом к тому, чтобы сделать электромобили действительно экологичными.
