Onderzoekers van de Penn State University in Pennsylvania, VS, beweren een proces te hebben ontwikkeld die PET-plastic uit drankflessen omzet in hoogwaardig synthetisch grafiet. Volgens de onderzoekers zou het materiaal in de toekomst kunnen dienen als anodemateriaal voor lithium-ionbatterijen, waardoor tegelijkertijd plastic afval wordt gerecycled en aan de vraag naar grafiet voor batterijen wordt voldaan.

Een onderzoeksteam van de Pennsylvania State University heeft een proces ontwikkeld om polyethyleentereftalaat (PET) om te zetten in synthetisch grafiet; dit proces is nu gepubliceerd in het tijdschrift ‘Diamond and Related Materials’.

De wetenschappers hebben PET omgezet in grafiet met behulp van kleine hoeveelheden grafeenoxide en een gecontroleerd thermisch proces. Volgens het onderzoek vertoonde het resulterende materiaal een meer geordende kristalstructuur dan die van in de handel verkrijgbaar natuurlijk grafiet, een essentieel kenmerk voor gebruik als anodemateriaal in lithium-ionbatterijen.

Grafiet is een van de meest essentiële grondstoffen voor lithium-ionbatterijen en dient als anodemateriaal dat elektrische lading opslaat en weer afgeeft. Door de stijgende vraag naar elektrische voertuigen, stationaire energieopslagsystemen en consumentenelektronica neemt ook de behoefte aan grafiet van batterijkwaliteit toe. PET is ondertussen een van de meest gebruikte kunststoffen ter wereld, waarvan een groot deel, ondanks bestaande recyclingsystemen, nog steeds niet wordt teruggewonnen.

Optimaal grafiet

Voor hun proces hebben de onderzoekers PET-plastic versnipperd en dit gemengd met grafeenoxide. Het optimale grafiet had een grafeenoxidegehalte van 2,5%. Volgens het team bevordert dit de vorming van geordende grafietkristallen en is er, in tegenstelling tot bij conventionele methoden, geen behoefte aan metaalkatalysatoren zoals ijzer, nikkel of kobalt.

Hierdoor vervallen ook de extra zuiveringsstappen die nodig zijn om metaalresten te verwijderen. “De meeste mensen beschouwen een plastic fles als afval zodra ze deze niet meer gebruiken. Ons onderzoek toont aan dat hetzelfde materiaal een waardevolle grondstof kan worden voor de productie van grafiet, dat essentieel is voor moderne batterijtechnologieën”, legt hoofdauteur Shakshi Sekar uit. Door het gebruik van metaalkatalysatoren te vermijden, vermindert het proces ook het gebruik van chemicaliën, waardoor schoner grafiet kan worden geproduceerd.

“Als afvalplastic een grondstof kan worden voor geavanceerde energiematerialen, verandert dat onze kijk op recycling,” voegde Sekar eraan toe. “In plaats van plastic te zien als een afvalprobleem, kunnen we het beschouwen als een hulpbron die schone energietechnologieën ondersteunt.”

Vroege fase

Het onderzoek bevindt zich echter nog in een vroeg stadium. De wetenschappers willen nu onderzoeken hoe het proces kan worden opgeschaald voor industriële toepassingen en hoe het materiaal presteert in batterijcellen. Als dit lukt, zou PET-afval in de toekomst kunnen worden gerecycled en hergebruikt als grondstof voor batterijonderdelen.

Hoewel er nog meer onderzoek nodig is om de grootschalige productie en de prestaties van de batterijen te beoordelen, toont de studie een veelbelovende manier aan om een van ’s werelds meest voorkomende afvalstromen om te zetten in een hoogwaardig materiaal voor energieopslag.

Deze ontwikkeling sluit aan bij het bredere streven naar alternatieve grondstofbronnen voor de productie van batterijen. Naast inspanningen om de recycling van grafiet uit te breiden, werken onderzoeksinstellingen en bedrijven wereldwijd aan het terugdringen van het gebruik van kritieke grondstoffen en het inzetten van afvalstromen voor de productie van batterijen.