全固体リチウム電池を再構成してリサイクルしやすくする

充電式全固体リチウム電池は、1 回の充電で携帯電話やラップトップに数日間電力を供給できる可能性があります。しかし、現在のリサイクルプロセスではほとんどすべてが廃棄されるため、これらのバッテリーは環境に優しいものではありません。今回、ACS Energy Lettersに掲載された研究では、すべてのコンポーネントを簡単にリサイクルできる全固体リチウム電池の再構成設計が明らかになりました。

Solid-state lithium batteries have the potential to power cell phones and laptops for days on a single charge, but almost everything goes to waste during the current recycling process. Now, a study published in ACS Energy Letters reveals a reconfigured design of solid-state lithium batteries that allows all components to be easily recycled.

全固体リチウム電池は、1回の充電で携帯電話やラップトップに数日間電力を供給できる可能性を秘めていますが、現在のリサイクルプロセスではほとんどすべてが無駄になります。今回、ACS Energy Lettersに掲載された研究では、すべてのコンポーネントを簡単にリサイクルできる全固体リチウム電池の再構成設計が明らかになりました。

To separate the core battery components from other metal components in a coin cell battery, the researchers inserted two polymer layers at the interfaces between the electrode and the electrolyte prior to the start of the recycling process. After successful separation of the components, the team made a composite reconstructed battery with the recovered metals and electrode using cold sintering – the process of combining powder-based materials into dense forms at low temperatures through applied pressure using solvents. This process meant that they could not only recover and reuse the whole battery, but also recycle it again after its use – increasing the sustainability of rechargeable batteries.

コイン型電池のコア電池部品を他の金属部品から分離するために、研究者らは、リサイクルプロセスを開始する前に、電極と電解質の間の界面に2つのポリマー層を挿入した。コンポーネントの分離に成功した後、チームは、冷間焼結（溶媒を使用して圧力を加え、粉末ベースの材料を低温で緻密な形状に結合するプロセス）を使用して、回収した金属と電極を使用して複合再構築バッテリーを作成しました。このプロセスは、バッテリー全体を回収して再利用できるだけでなく、使用後に再びリサイクルできることを意味し、充電式バッテリーの持続可能性を高めました。

Importantly, the researchers found that the reconstructed battery achieved between 92.5% and 93.8% of its original capacity. “While the commercialization of all-solid-state lithium batteries is still in its early stages, our work provides important insights and ideas for designing recyclable versions of these batteries,” explained first author Yi-Chen Lan of Penn State. “While we’re not quite there yet, the long-term goal is to apply this innovation to larger batteries that could be used in devices like cell phones and laptops, once all solid-state technology becomes more prevalent.”

重要なのは、研究者らは、再構築されたバッテリーが元の容量の 92.5% ～ 93.8% を達成したことを発見しました。 「全固体リチウム電池の商品化はまだ初期段階にありますが、私たちの研究はこれらの電池のリサイクル可能なバージョンを設計するための重要な洞察とアイデアを提供します」と筆頭著者であるペンシルベニア州立大学のイーチェン・ラン氏は説明した。 「私たちはまだそこまで到達していませんが、長期的な目標は、全固体技術がより普及した後に、このイノベーションを携帯電話やラップトップなどの機器で使用できる大型バッテリーに適用することです。」