نجح باحثون من معهد فيزياء الحالة الصلبة، التابع لمعهد هيفي للعلوم الفيزيائية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، بالتعاون مع المعهد الدولي للدراسات العليا بجامعة تسينغهوا في شنتشن وجامعة سوتشو للتكنولوجيا، في تطوير استراتيجية جديدة لإصلاح المتبرعين الإلكترونيين الطبيعيين وإعادة بناء السطح المستهدف، مما يتيح إعادة تدوير مباشر لمواد الأقطاب الإيجابية من فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO₄) المتدهورة في البطاريات المتقاعدة. نُشرت نتائج البحث في مجلة Advanced Materials، مقدمة بديلاً منخفض التكلفة وموفرًا للطاقة وصديقًا للبيئة لطرق إعادة التدوير المعدنية التقليدية.
مع استمرار الزيادة في استخدام بطاريات الليثيوم أيون في السيارات الكهربائية، أصبحت مشكلات التلوث البيئي وهدر الموارد الناتجة عن البطاريات المتقاعدة على نطاق واسع أكثر إلحاحًا. طرق إعادة التدوير المعدنية الرطبة والنارية التقليدية تستخلص فقط العناصر المعدنية القيمة، وهي غير مجدية اقتصاديًا بالنسبة لمواد فوسفات الحديد الليثيوم. في المقابل، توفر تقنية إعادة التدوير المباشر وسيلة أكثر كفاءة واستدامة لاستعادة مواد الأقطاب المتدهورة.
استخدم فريق البحث مادة البوليفينول المستخلصة طبيعيًا من الشاي كمتبرع إلكتروني، ومن خلال التآزر بين مجموعات الهيدروكسيل المتبرعة بالإلكترون وأملاح الليثيوم التكميلية، نجح في تحويل مرحلة FePO₄ المتدهورة إلى LiFePO₄، مما قلل من العيوب الضارة في مواقع Li-Fe واستعاد تركيبة المادة وبنيتها، وأعاد بناء قنوات انتشار Li⁺ السريعة.
لإصلاح الطبقة الكربونية التالفة أو المفقودة على سطح حبيبات فوسفات الحديد الليثيوم المتدهورة، أدخل الباحثون مصدر ألمنيوم أثناء عملية الإعادة. تتيح القوة الرابطة القوية بين فوسفات الألمنيوم (AlPO₄) وفوسفات الحديد الليثيوم تكوين طبقة طلاء مركبة مستهدفة تتكون من AlPO₄ غير المتبلور وفوسفات الليثيوم (Li₃PO₄) بدقة في المناطق التالفة.
تتحد هذه الموصلات الأيونية السريعة مع الكربون المتبقي لإعادة بناء قنوات نقل مزدوجة للإلكترونات والأيونات بكفاءة عالية على السطح، مما يحسن أداء معدل الأقطاب الإيجابية المعاد تدويرها. كما عزز دمج الألمنيوم في الطور الأساسي من الاستقرار الهيكلي، وقلل من هجرة أيونات الحديد، مما أطال من عمر الأقطاب الإيجابية المعاد تدويرها من LiFePO₄.
أشار فريق البحث إلى أن هذا العمل يقدم رؤى قيمة لإعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون المتقاعدة.
