Des chercheurs de l'université Penn State, en Pennsylvanie (États-Unis), affirment avoir mis au point un procédé qui transforme le plastique PET issu des bouteilles de boissons en graphite synthétique de haute qualité. Selon les chercheurs, ce matériau pourrait à l'avenir servir de matériau d'anode pour les batteries lithium-ion, permettant ainsi à la fois de recycler les déchets plastiques et de répondre à la demande en graphite destiné aux batteries.

Une équipe de recherche de l'université d'État de Pennsylvanie a mis au point un procédé permettant de transformer le polyéthylène téréphtalate (PET) en graphite synthétique ; ce procédé a désormais fait l'objet d'une publication dans la revue ‘ Diamond and Related Materials ’.

Les scientifiques ont transformé le PET en graphite à l'aide de faibles quantités d'oxyde de graphène et d'un procédé thermique contrôlé. Selon l'étude, le matériau ainsi obtenu présentait une structure cristalline plus ordonnée que celle du graphite naturel disponible dans le commerce, une caractéristique essentielle pour son utilisation comme matériau d'anode dans les batteries lithium-ion.

Le graphite est l'une des matières premières essentielles aux batteries lithium-ion, puisqu'il sert de matériau d'anode permettant de stocker et de libérer la charge électrique. Avec la demande croissante en véhicules électriques, en systèmes de stockage d'énergie stationnaires et en appareils électroniques grand public, les besoins en graphite de qualité batterie augmentent également. Par ailleurs, le PET est l’un des plastiques les plus utilisés au monde, dont une grande partie, malgré les systèmes de recyclage existants, n’est toujours pas valorisée.

Graphite optimal

Pour leur procédé, les chercheurs ont broyé du plastique PET et l'ont mélangé à de l'oxyde de graphène. Le graphite obtenu présentait une teneur en oxyde de graphène de 2,5%. Selon l'équipe, cela favorise la formation de cristaux de graphite ordonnés et, contrairement aux méthodes conventionnelles, élimine le recours à des catalyseurs métalliques tels que le fer, le nickel ou le cobalt.

Cela permet également d’éliminer les étapes de purification supplémentaires nécessaires pour éliminer les résidus métalliques. “ La plupart des gens considèrent une bouteille en plastique comme un déchet une fois qu’ils ont fini de l’utiliser. Nos travaux montrent que ce même matériau peut devenir une ressource précieuse pour la production de graphite, un élément essentiel aux technologies modernes des batteries ”, explique l’auteur principal, Shakshi Sekar. En évitant l’utilisation de catalyseurs métalliques, ce procédé réduit également l’utilisation de produits chimiques, ce qui permet de produire du graphite plus propre.

“ Si les déchets plastiques peuvent servir de matière première pour la fabrication de matériaux énergétiques de pointe, cela change notre façon d’envisager le recyclage ”, a ajouté Sekar. “ Au lieu de considérer le plastique comme un problème d’élimination, nous pouvons le voir comme une ressource qui contribue à soutenir les technologies d’énergie propre. ”

Phase initiale

Toutefois, ces recherches n'en sont encore qu'à leurs débuts. Les scientifiques souhaitent désormais étudier comment adapter ce procédé à une échelle industrielle et évaluer les performances de ce matériau dans les cellules de batterie. En cas de succès, les déchets de PET pourraient à l'avenir être recyclés et réutilisés comme matière première pour la fabrication de composants de batterie.

Même s'il reste encore du travail à accomplir pour évaluer la production à grande échelle et les performances des batteries, cette étude ouvre une voie prometteuse pour transformer l'un des flux de déchets les plus courants au monde en un matériau de stockage d'énergie à haute valeur ajoutée.

Cette évolution s'inscrit dans le cadre d'une recherche plus large de sources alternatives de matières premières pour la production de batteries. Parallèlement aux efforts visant à développer le recyclage du graphite, des instituts de recherche et des entreprises du monde entier s'efforcent de réduire l'utilisation de matières premières critiques et d'exploiter les flux de déchets pour la fabrication de batteries.