La strategia basata sui polifenoli del tè fa rivivere i catodi LiFePO₄ in pensione
Un'alternativa a basso costo, efficiente dal punto di vista energetico e rispettosa dell'ambiente ai tradizionali metodi di riciclaggio metallurgico
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Ricercatori dell'Istituto di Fisica dello Stato Solido presso l'Istituto di Scienze Fisiche di Hefei, Accademia Cinese delle Scienze, insieme alla Shenzhen International Graduate School dell'Università Tsinghua e all'Università di Tecnologia di Suzhou, hanno sviluppato con successo una strategia di guarigione assistita da donatori di elettroni naturali e di ricostruzione mirata della superficie che consente la rigenerazione diretta dei materiali catodici degradati di litio ferro fosfato (LiFePO₄) provenienti da batterie energetiche in pensione. Il loro lavoro, pubblicato su Advanced Materials, offre un'alternativa a basso costo, efficiente dal punto di vista energetico e rispettosa dell'ambiente ai tradizionali metodi di riciclaggio metallurgico.
Schema del meccanismo di riparazione e rigenerazione diretta dei catodi LiFePO₄ ritirati.
LIU Yuanyuan
Con l'aumento dell'uso delle batterie agli ioni di litio nei veicoli a nuova energia, il loro ritiro su larga scala ha sollevato pressanti preoccupazioni per l'inquinamento ambientale e lo spreco di risorse. I metodi convenzionali di riciclaggio idrometallurgico e pirometallurgico possono estrarre solo elementi metallici di valore, rendendoli economicamente non fattibili per i catodi LiFePO₄. Al contrario, la tecnologia di rigenerazione diretta può ripristinare i materiali catodici degradati in modo più efficiente e sostenibile.
In questo studio, il team ha utilizzato i polifenoli del tè estratti naturalmente come donatori di elettroni. Grazie all'effetto sinergico dei donatori di elettroni idrossilici e dei sali di litio supplementari, sono riusciti a riconvertire la fase degradata FePO₄ in LiFePO₄ e a ridurre i difetti anti-sito Li-Fe dannosi, ripristinando completamente la composizione e la struttura del materiale e ricostruendo rapidi canali di diffusione Li⁺.
Per riparare gli strati di carbonio superficiali danneggiati o mancanti sulle particelle di LiFePO₄ degradate, i ricercatori hanno introdotto una fonte di alluminio durante il processo di rigenerazione. Sfruttando la forte affinità di legame tra il fosfato di alluminio (AlPO₄) e il LiFePO₄, un rivestimento composito mirato di AlPO₄ amorfo e Li₃PO₄ si è formato proprio nelle regioni danneggiate. Questi conduttori di ioni veloci, combinati con il carbonio residuo, hanno ricostruito efficienti canali di trasporto duale elettrone-ione sulla superficie, migliorando le prestazioni di velocità del catodo rigenerato. Nel frattempo, il parziale drogaggio di Al nella fase bulk ha aumentato la stabilità strutturale senza ridurre la densità di energia, sopprimendo efficacemente la migrazione di ioni ferrosi e prolungando la durata dei catodi LiFePO₄ rigenerati.
Secondo il team, questo lavoro fornisce preziose indicazioni per il riciclaggio delle batterie agli ioni di litio in pensione.
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Pubblicazione originale
Yuanyuan Liu, Jin Bai, Ruyu Shi, Peiyao Wang, Ke Xiao, Siya Wang, Shiyu Qiu, Xianlong Wang, Xuebin Zhu, Kaishuai Yang, Guangmin Zhou, Bangchuan Zhao, Yuping Sun; "Direct Recycling of Degraded LiFePO4 Cathode Material via Natural Electron Donors Healing and Targeted Surface Reconstruction"; Advanced Materials, 2025-9-13
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