Pesquisadores desenvolveram um método inovador para regenerar diretamente materiais catódicos de LiFePO4 (LFP) de baterias de veículos elétricos (VEs) que foram aposentadas. A técnica utiliza polifenóis do chá, doadores naturais de elétrons, para realizar um processo de rejuvenescimento de baixo custo, eficiente em termos de energia e ecológico para cátodos degradados.
A pesquisa, conduzida por equipes do Instituto de Física do Estado Sólido nas Instituições de Ciência Física de Hefei, da Academia Chinesa de Ciências, em colaboração com a Escola de Pós-Graduação Internacional de Shenzhen da Universidade de Tsinghua e a Universidade de Tecnologia de Suzhou, surge em resposta ao crescente volume de baterias aposentadas de VEs. Métodos tradicionais de reciclagem, como processos hidrometalúrgicos e pirometalúrgicos, focam na recuperação de metais valiosos, mas são menos eficazes na restauração da funcionalidade dos materiais catódicos LFP, gerando desperdício de recursos e aumentando a pegada ecológica.
A nova tecnologia de regeneração concentra-se em reparar a estrutura do material do cátodo para restaurar seu desempenho eletroquímico sem a necessidade de desmontagem ao nível elementar. Publicado na Advanced Materials, o estudo detalha uma estratégia que emprega polifenóis do chá para reverter a degradação em cátodos LFP. Esses compostos naturais facilitam um processo de redução que converte fases degradadas de FePO4 de volta em LiFePO4 funcional, ao mesmo tempo que mitigam defeitos que prejudicam a mobilidade dos íons de lítio.
A técnica envolve uma interação sinérgica entre os polifenóis do chá e sais de lítio suplementares. Essa combinação restaura a estequiometria e a arquitetura cristalina originais do LiFePO4, além de reparar defeitos de anti-localização lítio-ferro. O método reconstrói a rede e restabelece caminhos de difusão de íons de lítio, essenciais para o desempenho em altas taxas de carga e descarga da bateria. Adicionalmente, um revestimento superficial de fosfato de alumínio amorfo (AlPO4) e fosfato de lítio (Li3PO4) é formado pela introdução de uma fonte de alumínio, restaurando a integridade da superfície e aprimorando a capacidade de taxa e a estabilidade eletroquímica do cátodo.
Como resultado, o cátodo LFP regenerado exibe durabilidade de ciclagem estendida sem comprometer sua densidade de energia intrínseca. Este protocolo de regeneração direta, assistido por doadores naturais de elétrons, revitaliza cátodos LFP gastos e se alinha com o objetivo global de gerenciamento de ciclo de vida de baterias sustentável. A tecnologia contorna as altas demandas de energia e os resíduos químicos perigosos dos métodos metalúrgicos, apresentando uma solução escalável que pode reduzir significativamente os custos de reciclagem e os encargos ambientais.
As implicações deste avanço vão além dos benefícios ambientais. A restauração de materiais catódicos em nível molecular abre caminhos para o design inovador de baterias e sistemas de reciclagem, com potencial para transformar a indústria de baterias de íon-lítio e promover uma economia circular em tecnologias de armazenamento de energia. A abordagem colaborativa multidisciplinar destaca a importância da pesquisa integrativa para enfrentar desafios complexos no setor de energia, demonstrando como compostos de origem biológica podem ser aproveitados para o rejuvenescimento avançado de materiais.
Embora ainda em estágio de pesquisa, a escalabilidade e a viabilidade econômica do método são promissoras. As direções futuras incluem a otimização dos parâmetros de processo para implementação industrial e a extensão dessa estratégia de regeneração para outras químicas de cátodo. Esta pesquisa representa uma mudança de paradigma da reciclagem extrativa para uma metodologia restauradora no gerenciamento de fim de vida de baterias de íon-lítio, promovendo a gestão ambiental e apoiando o movimento global de eletrificação.
A reciclagem de baterias de íon-lítio, em geral, oferece benefícios ambientais significativos, emitindo menos gases de efeito estufa e utilizando menos água e energia em comparação com a mineração de novos metais. O mercado global de reciclagem de baterias de íon-lítio está projetado para atingir US$ 52 bilhões até 2045, impulsionado pela necessidade de tecnologias de reciclagem mais econômicas, especialmente para químicas como LFP.