Forscher verwandeln PET-Flaschen in Graphit für Batterieanoden

Forscher der US-amerikanischen Pennsylvania State University (Penn State) haben aus gebrauchten PET-Kunststoffflaschen synthetischen Graphit hergestellt. Das gewonnene Material ist den Angaben zufolge besonders gleichmäßig aufgebaut und übertrifft dabei untersuchte Proben aus natürlichem Graphit. Die Ergebnisse zeigen laut den Projektverantwortlichen, dass Kunststoffabfall künftig als Ausgangsmaterial für Batteriekomponenten dienen könnte.

Graphit ist ein wichtiger Bestandteil von Lithium-Ionen-Batterien und wird dort zum Speichern und Abgeben elektrischer Ladung eingesetzt. Das US-Energieministerium führt den Rohstoff als kritisches Mineral. Mit der wachsenden Nachfrage nach Elektrofahrzeugen, Unterhaltungselektronik und großen Energiespeichern steigt auch der Bedarf an geeignetem Graphit.

PET gehört zu den weltweit am häufigsten verwendeten Kunststoffen. Obwohl viele Kunststoffflaschen in Recyclingbehältern landen, wird ein großer Teil des Materials entsorgt, zu Produkten mit geringerem Wert weiterverarbeitet oder auf Deponien gebracht. Die Ergebnisse der Penn-State-Forschung zeigen, dass dieser Abfall als Quelle für Kohlenstoff in Batteriequalität dienen könnte.

Vom PET-Abfall zum synthetischen Graphit

Für die Herstellung zerkleinerte das Team PET-Kunststoff, vermischte ihn mit einer kleinen Menge Graphenoxid und erhitzte das Material unter kontrollierten Bedingungen. Auf diese Weise entstand synthetischer Graphit mit einer besonders geordneten Struktur. Die besten Ergebnisse erzielten die Forscher mit einem Anteil von 2,5 Gewichtsprozent Graphenoxid.

Das Graphenoxid unterstützte dabei die Bildung und das Wachstum der Graphitstruktur. Seine Oberflächen halfen den Kohlenstoffatomen, sich während des Erhitzens geordnet anzuordnen. Der so hergestellte Graphit wies eine stärkere strukturelle Ordnung auf als die untersuchten Proben aus natürlichem Graphit.

Viele herkömmliche Verfahren zur Herstellung synthetischen Graphits nutzen Metallkatalysatoren wie Eisen, Nickel oder Kobalt. Diese können Verunreinigungen hinterlassen, die durch zusätzliche chemische Reinigung entfernt werden müssen. „Durch den Verzicht auf Metallkatalysatoren können wir saubereren Graphit herstellen und zugleich den Chemikalieneinsatz sowie die Abfallerzeugung reduzieren“, erklärte Studienleiterin Shakshi Sekar.

Der Verzicht auf die Entfernung von Katalysatoren könnte eine künftige Herstellung vereinfachen und den mit der Produktion von Batteriematerialien verbundenen ökologischen Fußabdruck verringern. Für die Bewertung einer großtechnischen Produktion und der Leistung in Batterien sind weitere Arbeiten erforderlich. Die Studie zeigt laut den Forschern dennoch einen möglichen Weg, einen verbreiteten Abfallstrom in ein hochwertiges Material für die Energiespeicherung umzuwandeln.