Сегодня для переработки аккумуляторов требуются едкие химикаты, высокая температура и сложные процессы. Аккумулятор состоит из трех основных частей: катода, электрода и электролита, который переносит между ними ионы лития. Электролиты в большинстве литий-ионных аккумуляторов легко воспламеняются и со временем разлагаются, образуя токсичные побочные продукты.

Для того чтобы упростить процесс переработки, исследователи решили создать новый электролит. Они обратились к классу молекул, самоорганизующихся в воде, — арамидным амфифилам (АА) — химическая структура и стабильность которых напоминают свойства кевлара. Исследователи также разработали АА, содержащие на одном конце каждой молекулы полиэтиленгликоль (ПЭГ), способный проводить ионы лития. Под воздействием воды молекулы спонтанно образуют наноленты с ионопроводящими поверхностями из ПЭГ и основаниями, имитирующими прочность кевлара благодаря прочным водородным связям. В результате получается устойчивая структура наноленты, проводящей ионы по всей поверхности.

При добавлении в воду наноленты за несколько минут самоорганизуются, образуя миллионы нанолент, которые можно прессовать в горячем состоянии, превращая в твердый материал, пишет MIT News.

Исследователи проверили материал на прочность и ударную вязкость, и обнаружили, что он способен выдерживать нагрузки, обычные при изготовлении и эксплуатации аккумуляторов. Затем они спроектировали твердотельный аккумулятор с катодом из фосфата лития-железа, и анодом из оксида лития-титана — оба материала широко применяются в современных аккумуляторах.

Когда они погрузили батарею в органический растворитель, материал мгновенно распался, будто в воду положили сахарную вату. После этого перерабатывать электроды — катод и анод — намного проще.

Правда, опытный образец аккумулятора выявил и недостаток технологии: наноленты успешно переносили ионы лития между электродами, но побочный эффект поляризации снижал его производительность по сравнению с современными коммерческими аккумуляторами. Эту проблему еще предстоит решить.

Китайская компания Farasis Energy вышла на этап опытного производства твердотельных аккумуляторов на основе сульфидов и уже начала поставки образцов емкостью 60 А·ч. Завершение строительства пилотной линии мощностью 200 МВт·ч ожидается к концу 2025 года, а к 2026-му компания планирует масштабировать выпуск до уровня гигаватт-часов.