Zelfassemblerend materiaal kan sleutel zijn tot recyclebare EV-batterijen

MIT-onderzoekers ontwikkelen een elektrolyt dat aan het einde van de levensduur uit elkaar valt en de recycling van batterijen eenvoudiger maakt. Ze mikken hiermee op de groeiende EV-markt.

Het zelfassemblerend elektrolyt breekt zich bij onderdompeling in een eenvoudige organische vloeistof vanzelf weer af tot de oorspronkelijke moleculaire bouwstenen. Daarmee valt de batterij als het ware vanzelf uiteen, wat de recycling aanzienlijk kan versnellen.

De resultaten zijn gepubliceerd in Nature Chemistry.

“Tot nu toe lag de focus in de batterij-industrie op prestaties, en pas daarna dachten we na over recycling”, zegt eerste auteur Yukio Cho. “Wij draaien dat om: we beginnen bij recyclebare materialen en maken die batterij-compatibel. Dat is een nieuw uitgangspunt.”

Het elektrolyt speelt hierbij een sleutelrol: dit vormt de verbindende laag tussen kathode en anode. Zodra het nieuwe materiaal uiteenvalt, vallen de elektroden los en kunnen ze eenvoudig apart worden gerecycled. Cho vergelijkt het effect met een suikerspin die oplost zodra je hem in water houdt.

Van Kevlar tot nanolinten

Het team ontwikkelde het materiaal op basis van aramide-amfifielen (AA’s), moleculen die lijken op de bouwstenen van Kevlar. Deze moleculen vormen in water spontaan nanolinten die lithium-ionen kunnen geleiden en mechanisch sterk genoeg zijn om als vaste stof te functioneren. Binnen vijf minuten ontstaat een gelstructuur die eenvoudig op schaal te produceren is.

De onderzoekers testten het materiaal in een solid-state batterij met lithiumijzerfosfaat als kathode en lithiuttitaniumoxide als anode – gangbare batterijmaterialen. Het elektrolyt bleek stabiel en in staat lithium-ionen te transporteren, al was de prestaties door zogeheten polarisatie nog niet op het niveau van commerciële topbatterijen.

Proof of concept

Volgens Cho is het materiaal vooral een proof of concept dat laat zien dat een ‘recycle-first’-benadering mogelijk is. “Het hoeft niet de volledige elektrolytlaag te vervangen; ook als één laag dit materiaal bevat, kan dat het recyclen al sterk vergemakkelijken.”

Het team onderzoekt nu hoe dit type materialen in bestaande batterijontwerpen kan worden geïntegreerd, of juist in nieuwe generaties batterijen kan worden ingebouwd.