Nowy sposób na recykling baterii. Rozpuszczają się jak wata cukrowa
W obliczu rosnącej liczby pojazdów elektrycznych naukowcy z MIT proponują akumulatory z nowym elektrolitem podatnym na szybki rozkład. Pozwoli to sprawniej odzyskiwać surowce i uczyni cały proces recyklingu bezpieczniejszym oraz bardziej wydajnym niż dotychczas.
Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) opracowali elektrolit, który ulega rozpadowi pod koniec cyklu życia baterii. To krok w stronę łatwiejszego recyklingu podzespołów, co jest szczególnie potrzebne w dzisiejszej dobie pojazdów elektrycznych. Chociaż podejmowane są wysiłki na rzecz poprawy recyklingu baterii, wiele z nich wciąż trafia na wysypiska śmieci - ale to może się wkrótce zmienić.
Bateria, która rozpływa się w wodzie
Nowy wynalazek to rodzaj samoorganizującego się materiału akumulatorowego, który szybko rozpada się po zanurzeniu w prostej cieczy organicznej. Wykazano, że może on pełnić funkcję elektrolitu w działającym ogniwie akumulatora, a później w ciągu kilku minut powrócić do pierwotnego składu molekularnego. Unika się dzięki temu rozdrabniania baterii na mieszaną i trudną do recyklingu masę.
Pojazdy elektryczne odgrywają ważną rolę w budowaniu czystszej i bardziej odpornej przyszłości, jednak pojawia się istotne pytanie: co zrobić milionami ogromnych, rozładowanych baterii? Głównym problemem jest to, że nie są one zaprojektowane do rozbiórki. Obecne metody recyklingu polegają na rozdrabnianiu całego przedmiotu i użyciu agresywnych środków chemicznych oraz wysokiej temperatury w celu wydobycia cennych materiałów.
Akumulator składa się z trzech głównych części: dodatnio naładowanej katody, ujemnie naładowanej elektrody oraz elektrolitu, który transportuje jony litu między nimi. Elektrolity w większości akumulatorów litowo-jonowych są wysoce łatwopalne i z czasem ulegają degradacji, tworząc toksyczne produkty uboczne, które wymagają specjalistycznego postępowania.
Jak działa nowa bateria
- Do tej pory w branży akumulatorów skupialiśmy się na materiałach i projektach o wysokiej wydajności, a dopiero później próbowaliśmy dowiedzieć się, jak poddawać recyklingowi akumulatory wykonane ze złożonych struktur i materiałów trudnych do recyklingu - mówi pierwszy autor artykułu, Yukio Cho. - Nasze podejście polega na rozpoczęciu od materiałów łatwo poddających się recyklingowi i ustaleniu, jak uczynić je kompatybilnymi z akumulatorami. Nowym sposobem projektowania akumulatorów od samego początku jest obserwacja pod kątem możliwości recyklingu.
Aby uprościć proces recyklingu, naukowcy postanowili stworzyć bardziej zrównoważony elektrolit. W tym celu sięgnęli po klasę cząsteczek zwanych amfifile aramidowe (AA), które zostały zaprojektowane tak, by zawierały glikol polietylenowy, przewodzący jony litu. Dzięki temu stworzono mechanicznie stabilną strukturę, która przewodzi jony.
- Materiał składa się z dwóch części - wyjaśnia Cho. - Pierwsza część to elastyczny łańcuch, który stanowi gniazdo lub nośnik dla jonów litowych. Druga część to silny składnik organiczny stosowany w kevlarze, który jest materiałem kuloodpornym. Dzięki nim cała struktura jest stabilna.
Testy potwierdzają skuteczność nowego materiału
Zespół dokonał testów wytrzymałościowych materiału, dowodząc, że jest on w stanie wytrzymać naprężenia związane z produkcją i eksploatacją baterii. Po zanurzeniu ogniwa baterii w rozpuszczalnikach organicznych materiał natychmiast się rozpuścił, a każda część baterii odpadła, co ułatwiało recykling. "Jak wata cukrowa zanurzona w wodzie", twierdzi Cho.
Obecnie naukowcy badają sposoby integracji tego rodzaju materiałów z istniejącymi konstrukcjami akumulatorów.
- Przekonanie obecnych dostawców do zrobienia czegoś zupełnie innego jest bardzo trudne - mówi Cho, jednak ma nadzieję, że w przyszłości będzie łatwiej.
Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Nature Chemistry.
