使用新型电解质材料制成的电池渲染图（图片：由麻省理工学院研究团队提供）麻省理工学院 (MIT) 的一个团队发表了一篇论文，概述了一种材料的开发，该材料可用作固态电池中的电解质，但浸入有机液体中后，又可恢复到其原始分子成分。
这种材料将为目前的电池回收工艺提供一种替代方案，目前的电池回收工艺是将电池组粉碎成“黑色块状物”，然后必须经过一系列化学工艺才能回收每种可回收材料。
“到目前为止，电池行业一直专注于高性能材料和设计，只是后来才尝试弄清楚如何回收由复杂结构和难以回收的材料制成的电池，”该论文的第一作者 Yukio Cho 说。
“我们的方法是从易于回收的材料入手，然后想办法使它们与电池兼容。从一开始就设计可回收电池是一种全新的方法。”
大多数锂离子电池组中的电解液都具有高度易燃性，并且会随着时间的推移而降解，产生有毒的副产品，需要特殊处理。
为了制造更可持续的电解质，该团队使用了一类被称为芳纶两亲分子（AA）的分子，据说其结构和稳定性可以模仿凯夫拉尔（防弹背心使用的材料）。
研究人员随后设计了一种氨基酸，使其分子两端分别连接聚乙二醇（PEG）。当这些修饰后的分子暴露于水中时，它们会自发形成纳米带，其表面具有离子导电的PEG，而基底则通过紧密的氢键作用模拟凯夫拉纤维。这种纳米带结构能够使离子在其PEG表面上传导。
添加到水中后，数百万个纳米带会自组装形成团块，然后可以通过热压将其制成固态材料。
“这种材料由两部分组成，”Cho解释说。“第一部分是这种柔性链，它为锂离子提供了一个可以跳跃的‘巢穴’或‘载体’。第二部分是凯夫拉纤维中使用的这种坚固的有机材料成分。它们使整个结构保持稳定。”
“加入水中五分钟后，溶液就变成了凝胶状，这表明液体中形成了大量的纳米带，它们开始相互缠绕。令人兴奋的是，由于这种自组装特性，我们可以大规模生产这种材料。”
研究团队随后构建了一种固态电池，该电池采用磷酸铁锂正极和钛酸锂负极，这两种材料都是现代电池组中的常用材料。纳米带成功地实现了锂离子在电极间的传输，但研究发现，极化限制了锂离子在充放电过程中的运动。与“黄金标准”电池相比，这降低了电池的性能。
Cho 说：“锂离子沿着纳米纤维移动得很好，但是将锂离子从纳米纤维转移到金属氧化物似乎是该过程中最缓慢的环节。”
当浸入有机溶剂中时，该材料立即溶解，材料的各个部分脱落——这将有助于有效回收利用各个材料。
Cho表示，这种材料是概念验证，证明了优先回收利用的方法。
“我们并不想说这种材料已经解决了所有问题。由于我们只用这种材料作为纸基电解液的全部成分，所以电池性能并不理想。但我们设想的是将这种材料作为电池电解液中的一层。它不必是电解液的全部成分就能启动回收过程。”
该团队接下来将着眼于优化材料的性能，同时探索将这些材料整合到现有电池设计中的方法。
Cho表示：“要说服现有供应商做出截然不同的改变是非常具有挑战性的。但随着未来五到十年内新型电池材料的问世，在初期阶段将其整合到新设计中可能会更容易。”
