de.wedoany.com-Bericht: Ein Forschungsteam der Pennsylvania State University hat ausgedehnte Polyethylenterephthalat (PET)-Abfälle in hochgeordnetes synthetisches Graphit umgewandelt, dessen Kristallstruktur kommerzielle natürliche Graphitproben übertrifft. Die in der Fachzeitschrift Diamond and Related Materials veröffentlichte Studie zeigt, dass gewöhnliche Kunststoffabfälle eine wertvolle Quelle für batteriegeeigneten Kohlenstoff darstellen könnten.
Graphit ist ein wesentlicher Bestandteil der Anodenmaterialien von Lithium-Ionen-Batterien und wird vom US-Energieministerium als kritisches Mineral eingestuft. Mit der steigenden Nachfrage nach Elektrofahrzeugen, Unterhaltungselektronik und netzgebundenen Energiespeichersystemen wächst auch der Bedarf an batteriegeeignetem Graphit. Gleichzeitig wird PET, einer der weltweit am häufigsten verwendeten Kunststoffe, trotz der Bemühungen vieler Verbraucher, es in die Recyclingbehälter zu geben, größtenteils weggeworfen, herabgestuft recycelt oder auf Deponien entsorgt.
Das Forschungsteam kombinierte zerkleinerte PET-Kunststoffe mit einer geringen Menge Graphenoxid und erhitzte das Material in einem sorgfältig kontrollierten thermischen Prozess, wodurch die Kohlenstoffatome im Kunststoff zu einer hochgeordneten Graphitstruktur reorganisiert wurden. Die Forscher fanden heraus, dass bereits die Zugabe von 2,5 Gewichtsprozent Graphenoxid die höchste Graphitqualität erzeugte, deren Mikrokristallgrößen die entsprechenden Kennzahlen von natürlichem Graphit übertrafen, was auf eine herausragende strukturelle Ordnung hindeutet.
Laut den Forschern tragen die sauerstoffhaltigen funktionellen Gruppen an den Rändern der Graphenoxidplättchen dazu bei, das laterale Wachstum von Graphitkristallen auszulösen und zu fördern. Während des Graphitisierungsprozesses dienen die freiliegenden Graphenoberflächen als Vorlage, die die Kohlenstoffatome zu einer hochgeordneten Stapelung anleitet. Diese Methode unterscheidet sich von vielen traditionellen Graphitisierungstechniken, die auf Metallkatalysatoren wie Eisen, Nickel oder Kobalt angewiesen sind, welche Verunreinigungen hinterlassen und zusätzliche chemische Reinigungsschritte erfordern. Der auf Graphen basierende Zusatzstoff fördert die Graphitisierung, ohne metallische Verunreinigungen einzubringen.
Shakshi Sekar, Doktorandin am John and Willie Leone Family Department of Energy and Mineral Engineering der Penn State und Erstautorin der Studie, erklärte, dass durch den Verzicht auf Metallkatalysatoren reineres Graphit hergestellt werden könne, während gleichzeitig der Chemikalienverbrauch und die Abfallproduktion reduziert würden. Die Eliminierung des Schritts zur Katalysatorentfernung verspricht, zukünftige Herstellungsprozesse zu vereinfachen und den ökologischen Fußabdruck bei der Produktion von Batteriematerialien zu verringern.
Die Forscher wiesen darauf hin, dass zusätzliche Arbeiten zur Bewertung der großtechnischen Produktion und der Batterieleistung erforderlich seien, die Studie jedoch einen Weg aufzeige, gewöhnliche Abfallströme in hochwertige Energiespeichermaterialien umzuwandeln. Sekar sagte, diese Entdeckung deute auch auf einen breiteren Wandel in der künftigen Betrachtung von Kunststoffabfällen hin, nämlich Kunststoffe als Ressource zur Unterstützung sauberer Energietechnologien zu betrachten.
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