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Dual-loop upcycling of spent LiFePO4: defect inheritance enables durable and fast-charging sodium-ion batteries

离子 材料科学 遗传(遗传算法) 对偶(语法数字) 循环(图论) 化学 冶金 数学 艺术 生物化学 基因 组合数学 文学类 有机化学
作者
Xiaotong Wang,Zhen‐Yi Gu,Junming Cao,Xin-Xin Zhao,Han‐Hao Liu,Shuo-Hang Zheng,Yong‐Li Heng,Kai-Yang Zhang,Edison Huixiang Ang,Zhe Wang,Ronghua Zeng,Xing‐Long Wu
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
卷期号:12 (9): nwaf321-nwaf321 被引量:30
标识
DOI:10.1093/nsr/nwaf321
摘要

ABSTRACT The growing accumulation of spent lithium-ion batteries (LIBs) presents pressing environmental and societal challenges, highlighting the urgent need to reimagine them as sustainable energy resources. Traditionally, the formation of Fe vacancies ($V_{Fe}^{^{\prime\prime}}$) in LiFePO4 (LFP) cathodes during extended cycling has been regarded as the chief culprit contributing to capacity degradation. However, this study uncovers their functional potential as beneficial structural defects for sodium-ion batteries, repurposing $V_{Fe}^{^{\prime\prime}}$ from spent LFP batteries to engineer high-performance Na–Fe–P–O series cathode materials. These pre-existing vacancies trigger a self-adaptive lattice breathing mechanism that dynamically accommodates volume changes during rapid Na+ ion de-/intercalation, achieving 80% state-of-charge within 6 min and retaining 82.9% capacity after 4000 cycles at a high rate of 10 C. The proposed dual-loop upcycling model further enhances economic returns by 65% and reduces environmental footprint by 29%. This work pioneers a sustainable paradigm that transforms degradation mechanisms of LIBs into foundational design strategies for next-generation batteries.
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