科學家們開發出一種創新的方法，能夠直接再生電動車廢舊電池中的鋰離子磷酸鐵（LiFePO4）正極材料。這項技術利用天然的電子供體——茶多酚，以低成本、高效率且環保的方式，為老化的正極材料注入新的生命力。
隨著電動車的普及，鋰離子電池的報廢量激增，對環境和資源永續性帶來嚴峻挑戰。傳統的回收方法，如濕法和火法冶金，主要著重於回收貴金屬，但對於恢復LiFePO4正極材料的功能卻效果有限，常導致資源浪費和生態足跡增加。此次研究由中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所牽頭，聯合清華大學深圳國際研究生院及蘇州大學科技學院的研究團隊共同完成，並發表於《先進材料》（Advanced Materials）期刊上。
這項突破性的再生技術，專注於修復正極材料的結構，以恢復其電化學性能，而無需將其分解至元素層級。研究團隊採用茶多酚作為電子供體，這種天然化合物具有優異的電子傳遞能力，能有效逆轉LiFePO4正極材料的退化過程。茶多酚中的氫氧基電子供體與補充的鋰鹽協同作用，將退化的FePO4相轉化回功能性的LiFePO4，同時修復阻礙鋰離子遷移的缺陷位點，重建晶格結構並恢復快速的鋰離子擴散通道，這對於高倍率電池性能至關重要。
此外，研究還解決了導電碳層受損或缺失的問題。研究人員在再生過程中引入了鋁源，該鋁源與材料反應形成非晶態的磷酸鋁（AlPO4）和磷酸鋰（Li3PO4）複合表面塗層。此塗層不僅恢復了表面完整性，還重新建立了雙離子-電子傳輸通道，顯著提升了正極材料的倍率性能和電化學穩定性。鋁的摻雜也增強了材料本體的結構穩定性，有效抑制了導致容量衰退的鐵離子遷移現象，使再生後的LiFePO4正極材料在不犧牲能量密度的前提下，展現出更長的循環壽命。
這項以天然電子供體為基礎的直接再生技術，不僅符合全球對電池生命週期管理綠色永續的訴求，更繞開了傳統冶金方法的高能耗和有害化學廢料問題。此技術具有規模化應用的潛力，有望大幅降低回收成本並減輕環境負擔。其影響不僅止於環保效益，更為創新的電池設計和回收系統開闢了道路，實現材料的多次循環利用，促進能源儲存技術的循環經濟發展。
此跨學科的合作研究，結合了化學、材料科學和環境工程的專業知識，展現了整合性研究在應對能源領域複雜挑戰中的重要性。它證明了如何利用生物來源的化合物來進行先進材料的再生，成功地將天然產物化學與電化學工程結合起來。儘管該技術仍處於研究階段，但其低成本和豐富的天然電子供體來源，使其在規模化和經濟可行性方面展現出光明的前景。未來的研究方向將聚焦於優化製程參數以實現工業化應用，並將此再生策略擴展至其他面臨結構退化問題的陰極材料。
總之，這項研究標誌著在鋰離子電池的終端生命週期管理上，從資源開採式回收轉向修復式方法的範式轉變。透過天然電子供體和精準的表面重構技術，實現LiFePO4正極材料的可持續再生，為下一代電池回收技術樹立了典範，在支持全球電氣化運動的同時，也體現了對環境的責任。