再利用可能なEVバッテリーに貢献する自己組織化材料(A new self-assembling material could be the key to recyclable EV batteries)

2025-08-28 マサチューセッツ工科大学(MIT)

MITの研究チームは、リチウムイオン電池のリサイクルを容易にする新しい自己組織化材料を開発した。この材料は「アラミド両親媒性分子(AAs)」と呼ばれる分子群を基盤とし、ケブラーに似た構造安定性を持ちながら水中で自己集合してナノリボンを形成する。研究チームは、AAsにリチウムイオンを伝導できるポリエチレングリコール(PEG)を組み込み、安定かつ導電性を兼ね備えた電解質を作製。固体電池セルに適用した結果、充放電速度が速い場合には性能低下が見られたものの、十分に機能することが確認された。特筆すべきは、電池を有機溶媒に浸すと電解質が短時間で分解し、電極が自然に分離するため、従来の粉砕や高温処理を用いずにリサイクルできる点である。研究者は、この「リサイクル優先」の設計思想が電池産業におけるパラダイム転換となり、将来的にはリチウム資源の再利用や価格安定にも貢献し得ると述べている。本研究は米国エネルギー省と米国科学財団の支援を受けた。

再利用可能なEVバッテリーに貢献する自己組織化材料(A new self-assembling material could be the key to recyclable EV batteries)
A depiction of batteries made with MIT researchers’ new electrolyte material, which is made from a class of molecules that self-assemble in water, named aramid amphiphiles (AAs), whose chemical structures and stability mimic Kevlar.
Credits:Image: Courtesy of the researchers, edited by MIT News

<関連情報>

リサイクル可能な固体電池電解質のための可逆的自己組織化小分子 Reversible self-assembly of small molecules for recyclable solid-state battery electrolytes

Yukio Cho,Cole D. Fincher,Guillaume Lamour,Ty Christoff-Tempesta,Xiaobing Zuo,Yet-Ming Chiang &Julia H. Ortony
Nature Chemistry  Published:28 August 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41557-025-01917-6

Abstract

Performance often overshadows recyclability in contemporary battery designs, leading to sustainability challenges. Preemptive strategies integrating recyclable chemistry from the outset are thus increasingly critical for addressing the complexities in conventional recycling. Here we harness bio-inspired molecular self-assembly to create inherently recyclable battery materials. We use aramid amphiphiles that self-assemble in water through strong, collective hydrogen bonding and π–π stacking, forming air-stable, high-aspect-ratio nanoribbons with gigapascal-level stiffness. When processed into bulk solid-state electrolytes, these nanoribbons retain their ordered molecular arrangement and exhibit total conductivities of 1.6 × 10−4 S cm−1 at 50 °C, Young’s moduli of 70 MPa and toughness values of 1 MJ m−3, despite being stabilized solely by reversible non-covalent bonds. We further demonstrate clean separation of battery components by exposing used cells to an organic solvent, which disrupts the non-covalent cohesion and reverts all battery components to their original forms. This study underscores the potential of molecular self-assembly for specialized recyclable designs in energy storage applications.

0504高分子製品
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