Para peneliti dari Institute of Solid State Physics di Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Sciences, bekerja sama dengan Shenzhen International Graduate School of Tsinghua University dan Suzhou University of Technology, telah mengembangkan metode revolusioner untuk meregenerasi katoda baterai lithium-ion yang menua menggunakan polifenol teh. Pendekatan inovatif ini bertujuan untuk mengatasi masalah lingkungan dan keberlanjutan yang timbul dari peningkatan pesat kendaraan listrik (EV).
Adopsi kendaraan listrik yang cepat telah menyebabkan penumpukan baterai bekas dalam jumlah besar, menimbulkan tantangan lingkungan dan keberlanjutan sumber daya. Metode daur ulang tradisional, seperti hidrometalurgi dan pirometalurgi, seringkali hanya berfokus pada pemulihan logam berharga tanpa mengembalikan kinerja material katoda LiFePO4 yang telah digunakan. Hal ini menyebabkan pemborosan sumber daya dan jejak ekologis yang lebih besar. Metode baru ini menawarkan solusi yang lebih ramah lingkungan dan efisien dengan memperbaiki struktur material katoda untuk mengembalikan kinerja elektrokimianya tanpa perlu membongkar hingga tingkat elemen.
Penelitian yang diterbitkan dalam jurnal Advanced Materials ini memperkenalkan strategi penggunaan polifenol teh sebagai donor elektron biologis. Senyawa ini mampu membalikkan degradasi pada katoda LiFePO4, mengubah fase FePO4 yang terdegradasi kembali menjadi LiFePO4 yang fungsional, sekaligus memperbaiki situs cacat yang menghambat pergerakan ion litium. Interaksi sinergis antara donor elektron berbasis hidroksil dalam polifenol teh dan garam litium tambahan sangat penting dalam memulihkan stoikiometri asli dan arsitektur kristal LiFePO4, serta memperbaiki cacat anti-situs litium-besi. Pendekatan ini secara efektif merekonstruksi kisi dan membangun kembali jalur difusi ion litium yang cepat, yang krusial untuk kinerja baterai berkecepatan tinggi.
Selain itu, penelitian ini juga mengatasi masalah lapisan karbon konduktif yang rusak atau hilang dengan menambahkan sumber aluminium selama proses regenerasi. Aluminium ini bereaksi membentuk lapisan komposit permukaan dari aluminium fosfat amorf (AlPO4) dan litium fosfat (Li3PO4). Lapisan ini memulihkan integritas permukaan dan membangun kembali saluran transportasi ion-elektron ganda, yang meningkatkan kemampuan laju dan stabilitas elektrokimia katoda. Penambahan aluminium ke dalam matriks katoda juga memberikan penguatan struktural melalui doping parsial, yang memperkuat kerangka terhadap migrasi ion besi, penyebab utama penurunan kapasitas. Hasilnya, katoda LiFePO4 yang diregenerasi menunjukkan daya tahan siklus yang diperpanjang tanpa mengorbankan kepadatan energinya.
Protokol regenerasi langsung yang dibantu donor elektron alami ini tidak hanya menghidupkan kembali katoda LiFePO4 bekas, tetapi juga sejalan dengan mandat global untuk manajemen siklus hidup baterai yang hijau dan berkelanjutan. Teknologi ini menghindari kebutuhan energi tinggi dan limbah kimia berbahaya yang umum pada metode metalurgi, menawarkan solusi yang dapat diskalakan yang berpotensi mengurangi biaya daur ulang dan beban lingkungan secara signifikan. Tiongkok, sebagai pasar kendaraan listrik terbesar di dunia, menghadapi volume baterai bekas yang diperkirakan mencapai 1,04 juta ton pada tahun 2025, menunjukkan urgensi inovasi semacam ini.
Terobosan ini memiliki implikasi yang melampaui manfaat lingkungan. Pemulihan material katoda pada tingkat molekuler membuka jalan bagi desain baterai dan sistem daur ulang yang inovatif. Strategi regeneratif semacam itu berpotensi mengubah industri baterai lithium-ion dengan menutup siklus secara lebih efektif, memungkinkan material digunakan berulang kali sambil mempertahankan integritas kinerja, sehingga mendorong ekonomi sirkular dalam teknologi penyimpanan energi. Pendekatan multidisiplin yang menggabungkan kimia, ilmu material, dan teknik lingkungan ini menyoroti pentingnya penelitian integratif dalam mengatasi tantangan kompleks di sektor energi. Meskipun masih dalam tahap penelitian, skalabilitas dan kelayakan ekonomi metode ini tampak menjanjikan, terutama mengingat sifat donor elektron alami yang berbiaya rendah dan melimpah. Arah penelitian di masa depan mencakup optimalisasi parameter proses untuk implementasi industri dan perluasan strategi regenerasi ini ke kimia katoda lain yang mengalami degradasi struktural pada baterai bekas.