Plastic afval wordt nanomateriaal voor energieopslag (video)

 Het onderzoek is verschenen in Energy Storage.

"Dertig procent van het wereldwijde wagenpark zal naar verwachting tegen 2040 elektrisch zijn, en de hoge kosten van de grondstoffen voor de accu’s vormen een uitdaging", aldus Mihri Ozkan, hoogleraar elektrotechniek aan het Marlan en Rosemary Bourns College of Engineering van de Riverside universiteit in Californië (VS). "Het gebruik van afval van stortplaatsen en het upcyclen van plastic flessen kan de totale kosten van batterijen verlagen en tegelijkertijd de productie van batterijen duurzaam maken, bovenop het elimineren van plasticvervuiling over de hele wereld."

De onderzoekers hebben een duurzaam, eenvoudig proces ontwikkeld voor het upcyclen van polyethyleentereftalaat plastic afval, of Pet, dat in sodaflessen en vele andere consumentenproducten wordt gevonden, tot een poreuze koolstofnanostructuur. Ze losten eerst stukken Pet-kunststofflessen op in een oplosmiddel. Vervolgens hebben ze met behulp van een proces dat elektrospinnen wordt genoemd, microscopische vezels uit het polymeer vervaardigd en de plastic draden in een oven gecarboniseerd. Na het mengen met een bindmiddel en een geleidend middel werd het materiaal gedroogd en geassembleerd tot een elektrische dubbellaagse supercondensator binnen een muntcelvormig formaat.

Bij het testen in de supercondensator bevatte het materiaal de kenmerken van zowel een dubbellaagse condensator die werd gevormd door de opstelling van gescheiden ionische en elektronische ladingen, als van een redox-reactie-pseudo-capaciteit die optreedt wanneer de ionen elektrochemisch worden geabsorbeerd op oppervlakken van materialen. Hoewel ze niet zoveel energie opslaan als lithium-ionbatterijen, kunnen deze supercondensatoren veel sneller laden, waardoor batterijen op basis van kunststofafval een goede optie zijn voor vele toepassingen.

Door de elektrogesponnen vezels voorafgaand aan de carbonisatie te "doperen" met verschillende chemicaliën en mineralen zoals borium, stikstof en fosfor, is het team van plan het uiteindelijke materiaal af te stemmen op betere elektrische eigenschappen. "Bij UCR hebben we de eerste stappen gezet in de richting van het recyclen van plastic afval tot een oplaadbaar energieopslagapparaat", aldus doctoraalstudent en eerste auteur Arash Mirjalili. "Wij geloven dat dit werk ecologische en economische voordelen heeft en dat onze aanpak kansen kan bieden voor toekomstig onderzoek en ontwikkeling."

De auteurs geloven dat het proces schaalbaar en verhandelbaar is, en dat het een grote vooruitgang is in de richting van het weghouden van afval Pet uit stortplaatsen en de oceanen.

"Het upcyclen van Pet-kunststofafval voor energieopslagtoepassingen kan worden beschouwd als de heilige graal voor de groene productie van elektrodematerialen uit duurzame afvalbronnen", aldus professor in de werktuigbouwkunde Cengiz Ozkan. "Deze demonstratie van een nieuwe klasse van elektroden in het maken van supercondensatoren zal in de toekomst worden gevolgd door een nieuwe generatie Li-ionbatterijen, dus blijf op de hoogte."