As garrafas de plástico podem ganhar uma nova vida nas baterias, na forma de grafite
Investigadores da Penn State estão a converter resíduos de PET em grafite sintética com desempenho superior ao da grafite natural
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Uma garrafa de plástico deitada num contentor de reciclagem poderá, um dia, ajudar a alimentar um veículo elétrico, um smartphone ou um sistema de armazenamento de energia renovável, de acordo com uma equipa de investigadores da Penn State.
Num novo estudo, os investigadores converteram resíduos de polietileno tereftalato (PET) em grafite sintética altamente ordenada, uma forma cristalina de carbono. A grafite formada apresentava cristalitos grandes e bem ordenados — ou regiões microscópicas de camadas de carbono bem alinhadas —, indicando uma estrutura cristalina altamente organizada. Estas propriedades excederam as das amostras comerciais de grafite natural, indicando que o material derivado do PET apresentava uma estrutura cristalina mais ordenada. Essa ordenação estrutural é um indicador-chave da adequação para materiais de ânodo de alta qualidade, quando comparada com a grafite natural comumente utilizada como referência na investigação sobre baterias.
As conclusões, publicadas narevista «Diamond and Related Materials», sugerem que um resíduo comum poderia tornar-se uma fonte valiosa de carbono adequado para baterias.
«A maioria das pessoas considera uma garrafa de plástico um resíduo assim que deixa de a utilizar», afirmou Shakshi Sekar, autor principal do estudo e doutorando no Departamento de Engenharia Energética e Mineral da Família John e Willie Leone, da Penn State. «O nosso trabalho mostra que o mesmo material pode tornar-se um recurso valioso para a produção de grafite, que é essencial para as tecnologias modernas de baterias.»
Classificado como um mineral crítico pelo Departamento de Energia dos EUA, o grafite é um componente essencial das baterias de iões de lítio, servindo como material do ânodo que armazena e liberta cargas elétricas. À medida que a procura por veículos elétricos, eletrónica de consumo e sistemas de armazenamento de energia à escala da rede continua a crescer, o mesmo acontece com a procura por grafite de qualidade para baterias.
Ao mesmo tempo, o PET continua a ser um dos plásticos mais utilizados no mundo, de acordo com a Associação Nacional para os Recursos de Embalagens de PET. Embora muitos consumidores coloquem garrafas de plástico nos contentores de reciclagem, grande parte desse material acaba por ser descartado, transformado em produtos de menor valor ou enviado para aterros sanitários.
A equipa de investigação afirmou ter identificado uma oportunidade para dar resposta a ambos os desafios.
Ao combinar plástico PET triturado com pequenas quantidades de óxido de grafeno e aquecer o material através de um processo térmico cuidadosamente controlado, a equipa conseguiu reorganizar os átomos de carbono dentro do plástico em estruturas grafíticas altamente ordenadas.
«Não estamos simplesmente a encontrar uma utilidade para o plástico residual», afirmou Sekar. «Estamos a criar um material valioso que poderá ajudar a dar resposta à crescente procura de baterias e tecnologias de energia limpa.»
Os investigadores descobriram que a adição de apenas 2,5% de óxido de grafeno, em peso, produzia grafite da mais alta qualidade. Nessas condições, o material desenvolveu dimensões de cristalitos que excederam as associadas à grafite natural, indicando um grau excecional de ordem estrutural.
Segundo os investigadores, os grupos funcionais contendo oxigénio, localizados ao longo das bordas das folhas de óxido de grafeno, ajudam a iniciar e a promover o crescimento lateral dos cristais de grafite. As superfícies expostas do grafeno atuam como modelos que orientam os átomos de carbono para arranjos empilhados altamente organizados durante a grafitização, o processo de transformação do carbono em grafite.
A abordagem da equipa difere de muitos métodos anteriores utilizados para produzir grafite sintética. As técnicas comuns de grafitização dependem frequentemente de catalisadores metálicos, como o ferro, o níquel ou o cobalto, que podem deixar impurezas que exigem etapas adicionais de purificação química para serem removidas.
Em vez disso, estes investigadores utilizaram aditivos à base de grafeno que promovem a grafitização sem introduzir contaminantes metálicos.
«Ao evitarmos os catalisadores metálicos, podemos produzir grafite mais limpa, reduzindo simultaneamente o uso de produtos químicos e a geração de resíduos», afirmou Sekar.
A eliminação das etapas de remoção do catalisador poderá simplificar a produção futura e reduzir o impacto ambiental associado à produção de materiais para baterias, afirmaram os investigadores.
Embora seja necessário trabalho adicional para avaliar a produção em grande escala e o desempenho das baterias, o estudo demonstra um caminho promissor para transformar um dos fluxos de resíduos mais comuns do mundo num material de armazenamento de energia de elevado valor.
As conclusões apontam também para uma mudança mais ampla na forma como os resíduos plásticos poderão ser encarados no futuro, observou Sekar.
«Se os resíduos plásticos puderem tornar-se matéria-prima para materiais energéticos avançados, isso muda a forma como pensamos sobre a reciclagem», afirmou Sekar. «Em vez de vermos o plástico como um problema de eliminação, podemos vê-lo como um recurso que ajuda a apoiar tecnologias de energia limpa.»
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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