الشاي ينقذ بطاريات الليثيوم.. ابتكار صيني منخفض التكلفة وموفر للطاقة وصديقًا للبيئة

نجح باحثون في تطوير استراتيجية جديدة لإحياء كاثودات بطاريات الليثيوم الحديدية الفوسفاتية (LiFePO₄) التالفة، باستخدام مانح إلكتروني طبيعي يساعد في إعادة البناء السطحي المستهدف للمواد.

ونُشرت نتائج الدراسة في دورية Advanced Materials، حيث توفر هذه التقنية بديلًا منخفض التكلفة وموفرًا للطاقة وصديقًا للبيئة مقارنة بطرق إعادة التدوير المعدنية التقليدية.

ومع تزايد استخدام بطاريات الليثيوم أيون في المركبات العاملة بالطاقة الجديدة، يثير التقاعد واسع النطاق لهذه البطاريات مخاوف جدية بشأن التلوث البيئي وهدر الموارد.

فطرق إعادة التدوير التقليدية، مثل المعالجة الرطبة أو الحرارية، تقتصر على استخلاص العناصر المعدنية الثمينة، مما يجعلها غير مجدية اقتصاديًا بالنسبة لكاثودات LiFePO₄.

في المقابل، تتيح تقنية التجديد المباشر استعادة المواد الكاثودية المتدهورة بكفاءة واستدامة أكبر.

وفي هذه الدراسة، التي قام بها باحثون من معهد فيزياء الحالة الصلبة التابع لمعاهد هيفي للعلوم الفيزيائية، والأكاديمية الصينية للعلوم، بالتعاون مع المدرسة الدولية العليا بجامعة تسينجهوا في شينزن وجامعة سوتشو للتكنولوجيا، استخدم الفريق مركبات البوليفينولات المستخلصة طبيعيًا من الشاي كمانحات إلكترونات.

ومن خلال التآزر بين مجموعات الهيدروكسيل المانحة للإلكترونات والأملاح الليثيومية الإضافية، نجح الباحثون في تحويل طور FePO₄ المتدهور إلى LiFePO₄، مع تقليل العيوب الضارة في المواقع المتبادلة بين الليثيوم والحديد، مما أعاد للمادة بنيتها الأصلية وفتح قنوات جديدة وسريعة لانتشار أيونات الليثيوم.

ولمعالجة تلف أو فقدان طبقات الكربون السطحية على جسيمات LiFePO₄ المتدهورة، أدخل الباحثون مصدرًا من الألومنيوم خلال عملية التجديد.

وبفضل قوة الارتباط بين فوسفات الألومنيوم (AlPO₄) وكاثودات LiFePO₄، تكوَّنت طبقة مركبة مستهدفة من AlPO₄ غير المتبلور وLi₃PO₄ في المناطق التالفة تحديدًا.

هذه الموصلات السريعة للأيونات، مع بقايا الكربون، أعادت بناء قنوات نقل مزدوجة للإلكترونات والأيونات على السطح، مما حسن الأداء الكهربائي للكاثود المجدد.

وفي الوقت نفسه، عزز التطعيم الجزئي للألومنيوم في البنية الداخلية استقرارها البنيوي من دون تقليل كثافة الطاقة، مما حدّ من هجرة أيونات الحديد وأطال عمر خدمة الكاثودات.

وأكد الفريق البحثي أن هذا الإنجاز يقدم رؤى علمية وتطبيقية مهمة لمستقبل إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون التالفة.