مواد کاتد: LiFePO₄ (فسفات آهن لیتیم)، که معمولاً در باتری‌های یون لیتیم استفاده می‌شود و دارای ایمنی و پایداری بالایی است.

مواد آند: گرافیت لیتیم‌دار (Li⁺ در بین لایه‌های گرافیت قرار می‌گیرد)، یک ماده آند معمولی در باتری‌های یون لیتیم.

عامل لیتیم‌دهی: LiSO₂CF₃ (مشتق لیتیوم بیس(تری‌فلورومتان‌سولفونیل)ایمید)، که با تزریق به باتری، باعث احیای باتری‌های غیرفعال و حفظ ساختار اصلی می‌شود و یک ماده کلیدی در فناوری تعمیر باتری است.

مکمل: گروه دانشگاه فودان همچنین با استفاده از هوش مصنوعی در طراحی مولکولی، از بین 240 مولکول کاندید، این حامل لیتیم جدید را انتخاب کردند و از طریق آزمایش، امکان «لیتیم‌دهی بدون آسیب» باتری را تأیید کردند.

واکنش آند: '[SO₂CF₃]⁻ در آند الکترون از دست می‌دهد و SO₂ و هیدروکربن‌های فلوردار (مانند CF₃-CF₃) تولید می‌کند، واکنش به صورت زیر است:'

این فرآیند Li⁺ آزاد می‌کند و کمبود لیتیم در آند را جبران می‌کند.

واکنش کاتد: Li⁺ در کاتد دوباره در آند گرافیتی قرار می‌گیرد و ظرفیت باتری را بازیابی می‌کند.

مزایای کلیدی: عامل لیتیم‌دهی پس از واکنش به صورت گاز خارج می‌شود و ساختار اصلی باتری را از بین نمی‌برد، مشکل نیاز به جداسازی باتری در روش‌های سنتی لیتیم‌دهی را حل می‌کند و به فناوری افزایش طول عمر باتری تعلق دارد.

تعمیر کمبود لیتیم: با هدف رفع کمبود لیتیم برگشت‌ناپذیر در چرخه باتری، با استفاده از عامل لیتیم‌دهی، Li⁺ به طور هدفمند اضافه می‌شود و ظرفیت برگشت‌پذیر باتری افزایش می‌یابد.

پایداری مواد: در طول فرآیند لیتیم‌دهی، حالت اکسیداسیون آهن در LiFePO₄ کاتد تغییر نمی‌کند (حالت +2 باقی می‌ماند) و از تخریب ساختار جلوگیری می‌شود که پایداری طراحی مواد را نشان می‌دهد.

محیط زیست: محصولات جانبی SO₂ و هیدروکربن‌های فلوردار (گازهای غیر سمی) هستند و از مشکلات آلودگی ناشی از عوامل لیتیم‌دهی سنتی جلوگیری می‌کنند و با اصول شیمی سبز مطابقت دارند.

این دستاورد گروه دانشگاه فودان با عنوان «تأمین خارجی لیتیم، چالش کمبود لیتیم و محدودیت عمر باتری را تغییر می‌دهد» (External Li supply reshapes Li-deficiency and lifetime limit of batteries) در مجله Nature منتشر شده است.

شایان ذکر است که این گروه با موفقیت هوش مصنوعی را ترکیب کرده و پایگاه داده شیمیایی ایجاد کرده و از یادگیری ماشینی بدون نظارت برای توصیه و پیش‌بینی مولکول‌ها استفاده کرده و با موفقیت مولکول حامل لیتیم بی‌سابقه‌ای به نام لیتیوم تری‌فلورومتان‌سولفونات (CF3SO2Li) به دست آورده است که مفهوم AI for Science را به واقعیت تبدیل می‌کند.

کاهش برد خودروهای برقی پس از چند سال استفاده، باد کردن باتری تلفن همراه پس از شش ماه استفاده - این مشکلات آزاردهنده، ریشه در از بین رفتن تدریجی عنصر لیتیم در باتری دارد. در طول فرآیند شارژ و دشارژ باتری‌های لیتیمی سنتی، لیتیم به طور برگشت‌ناپذیر از بین می‌رود، مانند تشکیل لایه SEI، قرار گرفتن در مواد بی‌اثر و غیره، مانند «اثر حافظه باتری» که شارژ تلفن همراه هرگز کامل نمی‌شود.

لیتیم بیس(تری‌فلورومتان‌سولفونیل)ایمید ذکر شده در سوال آزمون جادوی عامل لیتیم‌دهی در «تعمیر بدون آسیب» است: برخلاف روش‌های سنتی، نیازی به جداسازی باتری نیست، فقط کافی است این عامل را به داخل باتری تزریق کنید، در آند واکنش نشان می‌دهد، یون‌های لیتیم آزاد می‌کند و دوباره در لایه‌های گرافیتی آند قرار می‌گیرد.

تغییرات ناشی از فناوری لیتیم‌دهی فقط به افزایش برد محدود نمی‌شود.

سالانه 50 میلیون تن زباله الکترونیکی در سراسر جهان تولید می‌شود که نیمی از آن باتری‌های دور ریخته شده است، اما فناوری لیتیم‌دهی با افزایش طول عمر باتری و کاهش هزینه تعمیر، معادل کاهش زباله‌های باتری از منبع است.

مصرف منابع لیتیم نیز به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد و فناوری لیتیم‌دهی می‌تواند نیاز به لیتیم اولیه را کاهش دهد.

البته شما ممکن است فکر کنید که این تغییرات هنوز بسیار دور هستند، اما به پویایی فعلی صنعت انرژی نگاه کنید.

در سه ماهه اول سال 2025، میزان سرمایه‌گذاری در زمینه عوامل لیتیم‌دهی به شدت افزایش یافت و شرکت‌های پیشرو در زمینه توسعه باتری با تمام توان در حال ساخت کارخانه هستند؛

وزارت صنعت و فناوری اطلاعات چین به‌طور مشخص، فناوری بازیابی لیتیوم را در پروژه‌های تحقیقاتی کلیدی برنامه پنج ساله چهاردهم قرار داده است و به پروژه‌های ذخیره‌سازی انرژی که از مواد افزودنی لیتیوم استفاده می‌کنند، یارانه‌ای معادل 0.3 یوان به ازای هر وات ساعت پرداخت می‌کند.

محبوبیت فناوری بازیابی لیتیوم، تنها گوشه‌ای از انقلاب انرژی‌های نو در سال 2025 است.

هنگامی که ما از دوام کم باتری‌ها شکایت می‌کنیم، دانشمندان شیمی الکتروشیمیایی در آزمایشگاه‌ها در حال بررسی حرکت هر اتم هستند؛

هنگامی که ما در انتظار عمر طولانی‌تر باتری‌ها هستیم، مهندسان توسعه باتری در خطوط تولید در حال آزمایش عملیاتی فناوری بازیابی لیتیوم هستند.

امیدواریم که این فناوری عالی بازیابی لیتیوم به‌طور واقعی مورد استفاده قرار گیرد - تلفن‌های همراه عمر طولانی‌تری داشته باشند، خودروهای الکتریکی مسافت بیشتری را طی کنند، قبض برق نازک‌تر شود و حتی سیاره‌ی ما نیز به دلیل کاهش ضایعات باتری‌ها، سبزتر شود.

تاکنون، نمرات آزمون ورودی دانشگاه‌های سراسر چین در سال 2025 اعلام شده است، امیدواریم که همه داوطلبان بتوانند به دانشگاه مورد نظر خود راه یابند، و علاقه‌مندان به صنعت تحقیق و توسعه انرژی‌های نو می‌توانند رشته‌های مرتبط با شیمی الکتروشیمیایی را نیز در نظر بگیرند.

همچنین، بیایید با هم منتظر سال 2026 باشیم چه فناوری انقلابی باتری، قرار است در مباحث شیمی آزمون ورودی دانشگاه گنجانده شود؟