Университет штата Пенсильвания превращает ПЭТ-пластик в графит аккумуляторного качества

Репортаж от Wedoany，Исследовательская группа Университета штата Пенсильвания преобразовала отходы полиэтилентерефталата (ПЭТ) в высокоупорядоченный синтетический графит, кристаллическая структура которого превосходит коммерческие образцы природного графита. Результаты исследования, опубликованные в журнале Diamond and Related Materials, показывают, что обычные пластиковые отходы могут стать ценным источником углерода для аккумуляторов.

Графит является ключевым компонентом анодных материалов литий-ионных аккумуляторов и отнесён Министерством энергетики США к критически важным минералам. Спрос на графит аккумуляторного качества неуклонно растёт вместе с потребностями в электромобилях, потребительской электронике и системах накопления энергии масштаба сети. В то же время ПЭТ, один из наиболее широко используемых пластиков в мире, несмотря на то что многие потребители отправляют его в контейнеры для вторичной переработки, в значительной степени оказывается выброшенным, подвергнутым даунсайклингу или отправленным на свалки.

Исследовательская группа соединила измельчённый ПЭТ-пластик с небольшим количеством оксида графена и нагрела материал в ходе тщательно контролируемого термического процесса, что позволило атомам углерода в пластике перестроиться в высокоупорядоченную графитовую структуру. Учёные обнаружили, что добавление всего 2,5% (по весу) оксида графена позволяет получить графит наивысшего качества, размер микрокристаллов которого превышает соответствующие показатели природного графита, что свидетельствует о превосходной структурной упорядоченности.

По словам исследователей, кислородсодержащие функциональные группы на краях пластинок оксида графена способствуют инициированию и стимулированию латерального роста кристаллов графита. В процессе графитизации обнажённые поверхности графена служат шаблоном, направляя высокоупорядоченное укладывание атомов углерода. Этот метод отличается от многих традиционных методов графитизации, которые полагаются на металлические катализаторы, такие как железо, никель или кобальт, оставляющие примеси и требующие дополнительных этапов химической очистки. Добавки на основе графена способствуют графитизации без внесения металлических загрязнителей.

Первый автор исследования, аспирантка кафедры энергетики и минеральной инженерии имени Джона и Вилли Леонов Университета штата Пенсильвания Шакши Секар (Shakshi Sekar), отметила, что отказ от использования металлических катализаторов позволяет производить более чистый графит, одновременно сокращая использование химикатов и образование отходов. Устранение этапа удаления катализатора может упростить будущие производственные процессы и уменьшить экологический след, связанный с производством аккумуляторных материалов.

Исследователи отмечают, что потребуются дополнительные работы для оценки крупномасштабного производства и характеристик аккумуляторов, однако данное исследование демонстрирует путь превращения обычных потоков отходов в высокоценные материалы для накопления энергии. Секар заявила, что это открытие также указывает на более широкий сдвиг в том, как в будущем будут рассматриваться пластиковые отходы, а именно — как ресурс для поддержки чистых энергетических технологий.

Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com