تبدیل بطری پلاستیکی به گرافیت باتری لیتیومی

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما، بطری‌های پلاستیکی که معمولا سر از سطل‌های بازیافت یا محل‌های دفن زباله درمی‌آورند، شاید در آینده نزدیک، انرژی مورد نیاز خودرو‌های برقی، تلفن‌های همراه هوشمند و سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر را تامین کنند.

پژوهشگران دانشگاه ایالتی «پنسیلوانیا» روشی نوینی ابداع کرده‌اند که می‌توان با کمک آن بطری‌های پلاستیکی معمولی را به گرافیت مصنوعی باکیفیت، یکی از مهم‌ترین مواد اولیه باتری‌های لیتیوم‌یونی، تبدیل کرد.

نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که بطری‌های پلاستیکی ساخته‌شده از پلی‌اتیلن ترفتالات (PET)، پلاستیکی که در تولید بیشتر بطری‌های نوشیدنی استفاده می‌شود، قابلیت تبدیل به گرافیت مصنوعی با ساختار بلوری بسیار منظم را دارند.

دانشمندان دریافتند که گرافیت تولیدشده از پلاستیک حتی از برخی انواع گرافیت طبیعی کنونی استفاده شده در باتری‌ها، نظم بلوری بیشتری دارد.

گرافیت، یکی از مهم‌ترین اجزای باتری‌های لیتیوم‌یونی است و در ساخت آند باتری به کار می‌رود؛ بخشی از باتری که هنگام شارژ و تخلیه، انرژی الکتریکی را ذخیره و آزاد می‌کند.

با افزایش استفاده از خودرو‌های برقی و گسترش انرژی‌های تجدیدپذیر، نیاز به گرافیت مناسب برای تولید باتری نیز به سرعت در حال افزایش است.

از سوی دیگر، هر ساله میلیارد‌ها بطری پلاستیکی در جهان مصرف می‌شود. اگرچه بخشی از آنها بازیافت می‌شوند، اما مقدار زیادی همچنان راهی محل‌های دفن زباله می‌شوند یا به محصولات کم‌ارزش‌تری تبدیل می‌شوند و در صنایع پیشرفته کاربردی پیدا نمی‌کنند.

پژوهشگران تلاش کردند با یک راهکار، همزمان هر دو مشکل را برطرف کنند، هدف آنان، تبدیل زباله‌های پلاستیکی به ماده‌ای ارزشمند برای تولید باتری بود.

آنان برای تحقق این هدف، ابتدا بطری‌های پلاستیکی را به قطعات کوچک خرد کردند و سپس مقدار اندکی اکسید گرافن، ماده مبتنی بر کربن، قبل از گرم کردن ترکیب تحت شرایط کنترل‌شده دقیق، مخلوط کردند.

در این فرایند، اتم‌های کربن موجود در پلاستیک به‌تدریج بازآرایی شدند و لایه‌های منظم گرافیت را تشکیل دادند.

نتایج پژوهش کنونی نشان داد، افزودن تنها ۲.۵ درصد اکسید گرافن بهترین نتیجه را به همراه دارد. در این شرایط، گرافیت مصنوعی ایجاد شده، از کیفیت بسیار بالایی برخوردار بود و برای استفاده در آند باتری‌های لیتیوم‌یونی گزینه‌ای مناسب به شمار می‌رود.

به گفته پژوهشگران، اکسید گرافن مانند یک راهنما عمل می‌کند و باعث می‌شود که اتم‌های کربن هنگام تبدیل پلاستیک به گرافیت، با نظم بیشتری در کنار یکدیگر قرار بگیرند. این موضوع موجب تولید ماده‌ای مستحکم‌تر و باکیفیت‌تر می‌شود.

یکی دیگر از مزیت‌های این روش، حذف نیاز به کاتالیزور‌های فلزی است. بسیاری از روش‌های رایج موجود برای تولید گرافیت شامل استفاده از فلزاتی مانند آهن، نیکل یا کبالت می‌شود، اما این فلزات ممکن است ناخالصی‌هایی بر جای بگذارند و به مراحل اضافی برای خالص‌سازی نیاز داشته باشند که هم هزینه تولید را افزایش می‌دهد و هم پسماند شیمیایی بیشتری ایجاد می‌کند.

در روش جدید، استفاده از اکسید گرافن، امکان تولید گرافیتی خالص‌تر و بدون آلودگی فلزی را فراهم کرده است، مزیتی که می‌تواند تولید صنعتی را در آینده ساده‌تر، کم‌هزینه‌تر و سازگارتر با محیط زیست کند.

هرچند این فناوری برای کاربرد در مقیاس صنعتی هنوز به پژوهش‌های بیشتری نیاز دارد، اما نتایج اولیه بسیار امیدوارکننده است. پژوهشگران امیدوارند که این فناوری هم به کاهش زباله‌های پلاستیکی کمک کند و هم بخشی از نیاز روزافزون جهان به مواد اولیه باتری‌ها را تامین کند.

تک نیوز گزارش کرد، این پژوهش همچنین دیدگاه ما به بازیافت پلاستیک را تغییر می‌دهد. بطری‌های پلاستیکی مصرف‌شده، به جای آنکه زباله‌ای بی‌ارزش محسوب شوند، می‌توانند منبعی ارزشمند برای تولید مواد مورد نیاز فناوری‌های انرژی پاک و ساخت آینده‌ای پایدارتر باشند.نتایج این پژوهش در نشریه Diamond and Related Materials منتشر شده است.