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2025-08-28 09:00:00
今日の電気自動車ブームは、明日の電子廃棄物の山です。そして、バッテリーのリサイクルを改善するために無数の努力が進行中ですが、多くのEVバッテリーはまだ埋め立て地になります。
MITの研究チームは、単純な有機液に沈むとすぐにバラバラになる新しい種類の自己組織化バッテリー材料で、それを変えるのを手伝いたいと考えています。新しいで 紙 で公開 自然化学、研究者は、材料が機能的な固体バッテリーセルで電解質として機能し、数分で元の分子成分に戻ることができることを示しました。
このアプローチは、バッテリーを混合していない容易な質量に細断するための代替品を提供します。代わりに、電解質がバッテリーの接続層として機能するため、新しい材料が元の分子形に戻ると、バッテリー全体がリサイクルプロセスを加速するために分解します。
「これまでのところ、バッテリー業界では、高性能の材料とデザインに焦点を当ててきましたが、その後、複雑な構造とリサイクルが困難な材料で作られたバッテリーをリサイクルする方法を見つけようとしました」 「私たちのアプローチは、簡単にリサイクル可能な材料から始めて、それらをバッテリー互換性のあるものにする方法を把握することです。最初からリサイクル性のためにバッテリーを設計することは新しいアプローチです。」
紙にChoに参加するのは、博士号候補のCole Fincher、Ty Christoff-Tempesta Phd ’22、陶器のまだMing Chiang教授であり、ジュリア・オルトニー准教授、Xiaobing Zuo、およびGuillume Lamourを訪問します。
より良いバッテリー
ダンブルドア教授が手首のフリックと呪文で老朽化した家を掃除する「ハリー・ポッター」映画の1つにシーンがあります。チョーは、イメージが子供の頃に彼にこだわったと言います。 （あなたの部屋を掃除するためのより良い方法は何ですか？）彼は、エンジニアリング分子でOrtonyの講演を見て、複雑な構造に組み立てて元の形に戻すことができるように、バッテリーのリサイクル作業を魔法のように作るために使用できるかどうか疑問に思いました。
これは、バッテリー業界にとってパラダイムシフトです。今日、バッテリーには、過酷な化学物質、高熱、複雑な加工が必要です。バッテリーには3つの主要な部分があります。積極的に帯電したカソード、負に帯電した電極、およびそれらの間にリチウムイオンをシャトルする電解質です。ほとんどのリチウムイオン電池の電解質は非常に可燃性であり、時間とともに特殊な取り扱いを必要とする有毒な副産物に劣化します。
リサイクルプロセスを簡素化するために、研究者はより持続可能な電解質を作ることにしました。そのために、彼らは水に自己組織化される分子のクラスに目を向けました。これは、Aramid Amphiphiles（AAS）と名付けられました。研究者たちはさらに、各分子の一端にリチウムイオンを導入できるポリエチレングリコール（PEG）を封じ込めるようにAAを設計しました。分子が水にさらされると、イオン伝導PEG表面と、緊密な水素結合を介してケブラーの堅牢性を模倣する塩基で自発的にナノリブボンを形成します。その結果、表面全体にイオンを伝導する機械的に安定したナノリボン構造ができます。
「材料は2つの部分で構成されています」とチョーは説明します。 「最初の部分は、リチウムイオンがジャンプするための巣または宿主を私たちに与えるこの柔軟なチェーンです。2番目の部分は、防弾材料であるケブラーで使用されるこの強力な有機材料成分です。これらは構造全体を安定させます。」
水に追加すると、ナノリボンは自己組織化して、固体材料にホットプレスできる数百万のナノリボンを形成します。
「水に追加されてから5分以内に、溶液はゲル状になり、液体に形成された非常に多くのナノファイバーがあるため、お互いに絡み合っていることを示しています」とチョーは言います。 「エキサイティングなのは、自己組織化の動作のために、この素材を大規模に作ることができることです。」
チームは、材料の強度と靭性をテストし、バッテリーの作成と実行に関連するストレスに耐える可能性があることを発見しました。彼らはまた、カソードにリン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リン酸リンと、今日のバッテリーの一般的な材料がありました。ナノリボンズは電極間でリチウムイオンを正常に移動しましたが、偏光として知られる副作用により、充電と放電の速い発作中にリチウムイオンがバッテリーの電極に移動し、今日の金標準の商業バッテリーと比較してパフォーマンスを妨げました。
「リチウムイオンはナノファイバーに沿って動きましたが、リチウムイオンをナノファイバーから金属酸化物に入れることは、プロセスの最も遅いポイントのようです」とチョーは言います。
バッテリーセルを有機溶媒に浸すと、材料はすぐに溶解し、バッテリーの各部分がリサイクルを容易にするために落ちました。チョーは、材料の反応を、水に沈んでいる綿菓子と比較しました。
「電解質は2つのバッテリー電極を一緒に保持し、リチウムイオン経路を提供します」とチョーは言います。 「したがって、バッテリーをリサイクルしたい場合、電解質層全体が自然に落ち、電極を個別にリサイクルできます。」
新しいアプローチの検証
チョーは、この資料はリサイクルファーストアプローチを実証する概念実証であると言います。
「私たちは、この資料のすべての問題を解決したとは言いたくありません」とチョーは言います。 「私たちのバッテリーの性能は素晴らしいものではありませんでした。なぜなら、この材料のみを紙の電解質全体として使用していたからですが、私たちが描いているのは、この材料をバッテリー電解質の1つの層として使用することです。リサイクルプロセスをキックオフするために電解質全体である必要はありません。」
また、チョーは、さらなる実験で素材のパフォーマンスを最適化する余地がたくさんあると考えています。
現在、研究者は、これらの種類の材料を既存のバッテリー設計に統合する方法を模索しており、アイデアを新しいバッテリー化学に実装しています。
「既存のベンダーに非常に違ったことをするように説得することは非常に困難です」とチョーは言います。 「しかし、5年または10年で出てくる新しいバッテリー材料を使用すると、これを最初に新しいデザインに統合する方が簡単かもしれません。」
チョーはまた、このアプローチは、すでに米国にあるバッテリーから材料を再利用することでリチウムの供給を再泳ぐのに役立つと考えています。
「人々はこれがどれほど重要かを認識し始めています」とチョーは言います。 「大規模なバッテリー廃棄物からリチウムイオン電池をリサイクルし始めることができれば、米国のリチウム鉱山を開くことと同じ効果があります。各バッテリーには一定量のリチウムが必要であるため、電気自動車の成長を推定する必要があります。
この作業は、一部は国立科学財団と米国エネルギー省によって支援されました。
#新しい自己組織化材料がリサイクル可能なEVバッテリーの鍵になる可能性があります #MITニュース