Работа опубликована в журнале Diamond and Related Materials. В эксперименте команда преобразовала отходы полиэтилентерефталата в упорядоченный синтетический графит — кристаллическую форму углерода. Полученный материал имел крупные и хорошо выстроенные кристаллиты, а по степени структурной организации превзошел образцы коммерческого природного графита.
Графит остается одним из ключевых компонентов литий-ионных аккумуляторов: он используется как материал анода, где происходит накопление и отдача электрического заряда. На фоне роста производства электромобилей и накопителей энергии спрос на графит аккумуляторного качества продолжает увеличиваться.
Как работает метод Penn State
Исследователи измельчали PET-пластик, добавляли небольшое количество оксида графена и проводили контролируемую термическую обработку. По данным Penn State, именно такая комбинация позволила перестроить атомы углерода из пластика в упорядоченные графитовые структуры.
- лучший результат был получен при добавлении 2,5% оксида графена по массе;
- кислородсодержащие группы по краям листов оксида графена способствовали росту графитовых кристаллов;
- графеновые поверхности работали как шаблон для формирования слоистой структуры;
- метод не требует металлических катализаторов, которые часто применяются при графитизации.
Отказ от катализаторов на основе железа, никеля или кобальта может упростить последующую очистку материала. В традиционных процессах такие металлы способны оставлять примеси, из-за чего требуются дополнительные химические стадии.
Авторы подчеркивают, что технология пока остается исследовательской. Для оценки промышленного потенциала необходимо проверить масштабирование процесса и работу полученного графита непосредственно в аккумуляторных ячейках.
Исследование также связывает аккумуляторную тематику с переработкой отходов. PET широко используется в упаковке, но значительная часть такого пластика после сбора отправляется на низкосортную переработку, захоронение или вовсе становится мусором. Если предложенный подход удастся довести до производства, отходы бутылочного пластика смогут стать сырьем для материалов с высокой добавленной стоимостью.
Среди участников работы Penn State называет Shakshi Sekar, ведущего автора исследования и докторанта кафедры энергетической и минеральной инженерии, а также профессора Randy Vander Wal. Проект получил поддержку U.S. National Science Foundation.
По материалам сайта psu.edu