Akkumulátor csomagolási hulladékból
A hungarocell töltőanyagból nyert nanoanyag hatékonyabb a grafitelektródánál – írja a mernokbazis.hu.
A szemét is lehet high-tech alapanyag: a csomagolásokban gyakran előforduló hungarocell töltőanyagból értékes nanoanyagok állíthatók elő a lítium-ion akkumulátorokhoz. Az amerikai kutatók által kifejlesztett eljárással nemcsak a töltőanyagot lehet gazdaságosan és hatékonyan újrahasznosítani, de az ebből nyert anyaggal ellátott akkumulátorok nagyobb teljesítményűek is, mint hagyományos társaik.
A legtöbb újonnan vásárolt vagy szállított elektromos eszköz biztonságosan be van csomagolva: a kartondobozban a készülék mellett igen sok, habosított műanyagból készült „pehely” található párnázó- és szigetelőanyagként. Ez a töltőanyag legtöbbször igen gyorsan a szemétbe kerül. Mivel tömegéhez képest nagyon nagy a térfogata, nem éri meg, hogy újrahasznosítás céljából elszállítsák. Legnagyobb része ezért felhasználatlanul a lerakott hulladék mennyiségét növeli.
Azonban legalább száz év szükséges ahhoz, hogy a csomagolási töltőanyag alapjaként szolgáló polisztirol lebomoljon. „Egy hulladéklerakón könnyen kerülhetnek mérgező anyagok, mint például nehézfémek, kloridok és ftalátok a hungarocell töltőanyagból a környezetbe, károsítva a talajt és a vizeket” – magyarázta Vilas Pol, az Indiana állambeli Purdue Egyetem kutatója. Bár létezik már biológiailag lebomló keményítőből készült töltőanyag is, amely gyorsabban lebomlik, ám ez is tartalmazhat mérgező adalékanyagokat.
Amikor Pol és munkatársai kicsomagolták az új laboratóriumi felszerelést, arra gondoltak, hogy jobban kellene hasznosítani a nagy mennyiségű hungarocell töltőanyagot. „Nem gondoltam, hogy rögtön »zöld technológiák« után kezdünk kutatni, de azt igen, hogy a környezetet károsíthatjuk, ha a töltőanyagot kidobjuk” – nyilatkozta Pol.
A kutatók rájöttek, hogy a hungarocell töltőanyagból nanoanyagokat lehet „sütni”. Ha a töltőanyagot 600 °C-ra hevítik, a kiindulási anyagtól függően szén mikrolemezeket vagy nanorészecskéket kapnak. Ezek az anyagok a feltölthető lítium-ion akkumulátorokban is fontos szerepet játszanak. Amikor a kutatók a kapott anyagot ilyen akkumulátorok anódjában tesztelték, azt találták, hogy a csomagolási hulladékból származó nanoanyag teljesítménye felülmúlta a grafitelektródáét. Az így előállított akkumulátoroknak jelentősen magasabb volt a kapacitása.
De mi a mikrolemezek és a nanorészecskék titka? „Mindkettő rendezetlen, porózus szerkezettel rendelkezik” – magyarázta Vinodkumar Etacheri, a Purdue Egyetem munkatársa. „A rendezetlen kristályszerkezetnek köszönhetően több lítium-iont képesek tárolni, mint az nem porózus elektródákkal elméletileg lehetséges, és a porózus mikrostruktúra miatt a lítium-ionok gyorsan a mikrolemezekbe diffundálnak.” Emellett ez a szerkezet megnöveli az elektrokémiai reakciók számára rendelkezésre álló felületet is.
A gyártási eljárás az eddigi technológiáknál sokkal energiatakarékosabb. Ahhoz, hogy hasonló nanoanyagokat kapjanak, eddig 2000 °C feletti hőmérsékleten kellett a kiindulási anyagokat „sütni”. Ezenkívül gyakran fosszilis tüzelőanyag alapú nyersanyagot használtak, ami tovább csökkentette az eljárás környezetkímélőségét.
Pol szerint az új eljárást probléma nélkül lehet alkalmazni ipari méretekben is, ezáltal nagy mennyiségű hungarocell töltőanyagot újrahasznosítva. A kutatók azt remélik, hogy az eljárással két éven belül kereskedelmi méretekben is elő lehet majd állítani szén mikrolemezeket és nanorészecskéket.
Szén nanoanyagok hungarocell töltőanyagból (Kép: © American Chemical Society)
A cikk eredetiben itt olvasható: http://www.mernokbazis.hu