Отработавшие свое аккумуляторы электромобилей оканчивают свои дни на свалке, измельченные в трудно перерабатываемую массу. В поисках решения этой проблемы команда исследователей из США разработала новый тип самоорганизующегося материала для аккумуляторов, который быстро распадается при погружении в простую органическую жидкость. Он может служить электролитом в твердотельном аккумуляторе, а после окончания срока службы за считанные минуты возвращается в исходную молекулярную форму.
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.
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.
Отметим, что китайская компания Farasis Energy уже вышла на этап опытного производства твердотельных аккумуляторов на основе сульфидов и 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.
Георгий Голованов
