Naukowcy z Instytutów Nauk Fizycznych w Hefei Chińskiej Akademii Nauk, we współpracy z Międzynarodową Szkołą Podyplomową Tsinghua w Shenzhen oraz Uniwersytetem Technologicznym w Suzhou, opracowali strategię naprawy wspomaganą naturalnymi donorami elektronów oraz ukierunkowaną rekonstrukcję powierzchni. Metoda ta umożliwia bezpośrednią regenerację zdegradowanych materiałów katodowych z fosforanu litowo-żelazowego (LiFePO₄) pochodzących ze zużytych akumulatorów zasilających.
Ich praca, opublikowana w czasopiśmie Advanced Materials, oferuje tanią, energooszczędną i przyjazną dla środowiska alternatywę dla tradycyjnych metalurgicznych metod recyklingu.
Wraz ze wzrostem wykorzystania baterii litowo-jonowych w pojazdach nowej energii, pojawiły się obawy dotyczące zanieczyszczenia środowiska i marnotrawstwa zasobów, spowodowane masowym wycofywaniem tych akumulatorów z eksploatacji. Jednak konwencjonalne metody recyklingu hydrometalurgicznego i pirometalurgicznego pozwalają jedynie na odzysk cennych pierwiastków metalicznych, co czyni je nieopłacalnymi ekonomicznie w przypadku katod LiFePO₄. W przeciwieństwie do nich, technologia bezpośredniej regeneracji może przywrócić zdegradowane materiały katodowe w sposób bardziej wydajny i zrównoważony.
W omawianym badaniu naukowcy wykorzystali naturalnie wyekstrahowane polifenole herbaciane jako donory elektronów. Dzięki synergicznemu działaniu hydroksylowych donorów elektronów i dodatkowych soli litu, z powodzeniem przekształcili zdegradowaną fazę FePO₄ z powrotem w LiFePO₄ i zredukowali szkodliwe defekty anty-węzłowe Li–Fe (zamiana miejscami atomów litu i żelaza). Pozwoliło to na pełne przywrócenie składu i struktury materiału oraz odbudowę kanałów szybkiej dyfuzji jonów litu (Li⁺).
Aby naprawić uszkodzone lub brakujące powierzchniowe warstwy węglowe zdegradowanych cząstek LiFePO₄, badacze wprowadzili do procesu regeneracji źródło glinu. Ze względu na silne powinowactwo wiązania między fosforanem glinu (AlPO₄) a LiFePO₄, w uszkodzonych obszarach powstała precyzyjna, celowana powłoka kompozytowa z amorficznego AlPO₄ i Li₃PO₄. Te szybkie przewodniki jonowe, w połączeniu z pozostałościami węgla, odbudowały wydajne, podwójne kanały transportu elektronów i jonów na powierzchni, poprawiając tym samym wydajność prądową zregenerowanej katody.
Jednocześnie częściowe domieszkowanie glinem (Al) w fazie objętościowej wzmocniło stabilność strukturalną bez obniżania gęstości energii. Skutecznie zahamowało to migrację jonów żelaza i wydłużyło żywotność zregenerowanych katod LiFePO₄.
Zdaniem badaczy, praca ta dostarcza cennych spostrzeżeń na temat recyklingu zużytych litowo-jonowych akumulatorów zasilających.
źródło: https://english.cas.cn/newsroom/research_news/phys/202512/t20251217_1137289.shtml