بر اساس پژوهشی جدید از محققان دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا (Penn State)، بطریهای پلاستیکی که در سطلهای بازیافت انداخته میشوند، ممکن است در آینده به بخشی از باتری خودروهای برقی، گوشیهای هوشمند و سامانههای ذخیرهسازی انرژی تجدیدپذیر تبدیل شوند.
در این مطالعه، پژوهشگران موفق شدند ضایعات پلیاتیلن ترفتالات (PET) را به گرافیت مصنوعی با ساختار بلوری بسیار منظم تبدیل کنند. گرافیت تولیدشده دارای بلورکهای (کریستالیتهای) بزرگ و منظم بود؛ نواحی میکروسکوپی که لایههای کربنی در آنها با نظم بسیار بالایی روی هم قرار گرفتهاند. این ویژگی نشاندهنده ساختار بلوری بسیار سازمانیافته این ماده است.
نتایج نشان می دهند که ویژگیهای ساختاری گرافیت تولیدشده از PET حتی از نمونههای گرافیت طبیعی تجاری نیز بهتر است و از نظم بلوری بیشتری برخوردار است. چنین نظم ساختاری، یکی از مهمترین شاخصها برای استفاده از گرافیت بهعنوان ماده آندی باکیفیت در باتریها محسوب میشود. این یافتهها که در نشریه Diamond and Related Materials منتشر شدهاند، نشان میدهند که یک ماده زائد رایج میتواند به منبعی ارزشمند برای تولید کربن با کیفیت مورد نیاز باتریها تبدیل شود.
گرافیت که از سوی وزارت انرژی آمریکا در فهرست مواد معدنی حیاتی قرار گرفته، یکی از اجزای اصلی باتریهای لیتیومیونی است و بهعنوان ماده آند، وظیفه ذخیره و آزادسازی بار الکتریکی را بر عهده دارد. با رشد تقاضا برای خودروهای برقی، تجهیزات الکترونیکی مصرفی و سامانههای ذخیرهسازی انرژی در مقیاس شبکه، نیاز به گرافیت با کیفیت باتری نیز بهطور مداوم در حال افزایش است.
از سوی دیگر، PET همچنان یکی از پرمصرفترین انواع پلاستیک در جهان به شمار میرود. بر اساس اعلام انجمن ملی منابع ظروف PET، اگرچه بسیاری از مصرفکنندگان بطریهای پلاستیکی را در سطلهای بازیافت قرار میدهند، اما بخش زیادی از این مواد در نهایت یا دور ریخته میشوند، یا به محصولات کمارزشتر تبدیل میشوند و یا راهی محلهای دفن زباله خواهند شد.
پژوهشگران معتقدند این فناوری میتواند همزمان برای هر دو چالش راهکاری ارائه دهد. آنها با ترکیب پلاستیک PET خردشده با مقدار کمی اکسید گرافن و سپس حرارتدهی کنترلشده، موفق شدند آرایش اتمهای کربن موجود در پلاستیک را به ساختارهای گرافیتی بسیار منظم تبدیل کنند. نتایج آزمایشها نشان داد افزودن تنها ۲.۵ درصد وزنی اکسید گرافن بهترین کیفیت گرافیت را ایجاد میکند. در این شرایط، ابعاد بلورکهای تشکیلشده حتی از نمونههای گرافیت طبیعی نیز بزرگتر بود که نشاندهنده درجه بسیار بالایی از نظم ساختاری است.
به گفته پژوهشگران، گروههای عاملی حاوی اکسیژن که در لبه صفحات اکسید گرافن قرار دارند، آغازگر و تقویتکننده رشد جانبی بلورهای گرافیت هستند. همچنین سطوح نمایان گرافن بهعنوان قالب عمل کرده و هنگام فرآیند گرافیتیشدن (Graphitization)، اتمهای کربن را به سمت تشکیل آرایشهای لایهای منظم هدایت میکنند. روش ارائهشده در این پژوهش با بسیاری از روشهای متداول تولید گرافیت مصنوعی تفاوت دارد. در فرآیندهای رایج، معمولاً از کاتالیزورهای فلزی مانند آهن، نیکل یا کبالت استفاده میشود که میتوانند ناخالصیهایی در محصول نهایی باقی بگذارند و نیاز به مراحل اضافی برای خالصسازی شیمیایی ایجاد کنند. در مقابل، محققان این مطالعه از افزودنیهای مبتنی بر گرافن استفاده کردند که بدون وارد کردن آلودگیهای فلزی، فرآیند گرافیتیشدن را تسریع میکنند. به گفته تیم تحقیقاتی، حذف مرحله جداسازی کاتالیزورها میتواند فرآیندهای تولید صنعتی آینده را سادهتر کرده و اثرات زیستمحیطی تولید مواد اولیه باتری را کاهش دهد.
هرچند برای ارزیابی امکان تولید انبوه و بررسی عملکرد این ماده در باتریهای واقعی هنوز تحقیقات بیشتری لازم است، اما این مطالعه مسیر امیدوارکنندهای را برای تبدیل یکی از رایجترین پسماندهای جهان به مادهای ارزشمند برای ذخیرهسازی انرژی ترسیم میکند. به اعتقاد پژوهشگران، این یافتهها همچنین میتوانند نگاه به بازیافت پلاستیک را در آینده تغییر دهند.
برای ارجاع به منبع خبر، کلیک نمایید.
بیشتر بخوانید:
