PET-Flaschen könnten zu Batteriegrafit für E-Autos werden
Das Verfahren wurde von einem Forschungsteam der Pennsylvania State University (Penn State) entwickelt und jetzt im Fachjournal Diamond and Related Materials veröffentlicht. Die Wissenschaftler wandelten Polyethylenterephthalat (PET) mithilfe kleiner Mengen Graphenoxid und eines kontrollierten thermischen Prozesses in synthetischen Grafit um. Das resultierende Material wies laut der Studie eine stärker geordnete Kristallstruktur auf als kommerziell erhältlicher Naturgrafit – ein wichtiges Qualitätsmerkmal für den Einsatz als Anodenmaterial in Lithium-Ionen-Batterien.
Grafit zählt zu den wichtigsten Rohstoffen für Lithium-Ionen-Batterien und dient als Anodenmaterial zur Speicherung und Abgabe elektrischer Ladung. Mit der wachsenden Nachfrage nach Elektroautos, stationären Speichern und Unterhaltungselektronik steigt auch der Bedarf an batterietauglichem Grafit. Gleichzeitig gehört PET zu den weltweit am häufigsten verwendeten Kunststoffen, von dem (trotz bestehender Recyclingsysteme) ein großer Anteil nicht wiederverwertet wird.
Für ihr Verfahren zerkleinerten die Forschenden PET-Kunststoff und mischten ihn mit Graphenoxid. Den besten Grafit erzielten sie bei einem Anteil von 2,5 % Graphenoxid. Dieses unterstützt nach Angaben des Teams die Ausbildung geordneter Grafitkristalle und kommt im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren ohne Metallkatalysatoren wie Eisen, Nickel oder Kobalt aus. Dadurch entfallen zusätzliche Reinigungsschritte zur Entfernung von Metallrückständen. „Die meisten Menschen betrachten Plastikflaschen nach der Nutzung als Abfall. Unsere Arbeit zeigt jedoch, dass dieses Material zu einer wertvollen Ressource für die Herstellung von Grafit werden kann, der für moderne Batterietechnologien unverzichtbar ist“, erklärt Erstautorin Shakshi Sekar. Durch den Verzicht auf Metallkatalysatoren lasse sich zudem der Chemikalieneinsatz reduzieren und die Herstellung saubereren Grafits ermöglichen.
Noch handelt es sich allerdings um Grundlagenforschung. Die Wissenschaftler wollen nun untersuchen, wie sich das Verfahren im industriellen Maßstab umsetzen lässt und wie sich das Material in Batteriezellen verhält. Sollte sich der Ansatz bewähren, könnte PET-Abfall künftig nicht nur recycelt, sondern als Ausgangsmaterial für Batterierohstoffe genutzt werden. Die Entwicklung reiht sich in die Suche nach alternativen Rohstoffquellen für die Batterieproduktion ein. Neben dem Ausbau des Grafit-Recyclings arbeiten Forschungseinrichtungen und Unternehmen weltweit daran, den Einsatz kritischer Rohstoffe zu reduzieren und Materialien aus Abfallströmen für die Batteriefertigung nutzbar zu machen.
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