Teknoloji, Plastik Atık Şişeleri Lityum-İyon Piller İçin Polimerlere Dönüştürüyor
A*STAR [The Agency for Science, Technology and Research (Bilim, Teknoloji ve Araştırma Ajansı)] bilim insanlarından oluşan bir ekip, atık polietilen tereftalat (PET) plastiği, daha güvenli lityum-iyon piller (LiB’ler) için temel bileşenler olan polimer elektrolitlere başarıyla dönüştürdü. Çalışma, plastik şişe yapımında kullanılan PET plastiklerden geri dönüştürülen polimerler kullanılarak monte edilen, çalışan bir lityum iyon pilin bilinen ilk raporudur.
Plastik atıklar bugün dünyada giderek büyüyen bir sorun ve plastiklere yönelik artan taleple birlikte daha da büyüyecek. 2019 yılında küresel olarak 460 milyon ton plastik üretildi ancak yalnızca %9’u geri dönüştürüldü, geri kalanı ya yakıldı ya da çöplüklere ve çevreye atıldı.
Plastik atıklar, geleneksel olarak dezavantajları olan mekanik ve kimyasal süreçlerle geri dönüştürülüyor. Mekanik geri dönüşümde, polimer zincirinin bölünmesi nedeniyle her geri dönüşüm turunda fiziksel özellikleri bozulduğundan, geri dönüştürülen PET’in yalnızca küçük bir kısmı sonunda kullanılabilir. Kimyasal geri dönüşüm yüksek enerji kullanımını içerir, saflaştırılmış monomerler gerektirir ve işlenmemiş polimerlerin kullanımına kıyasla daha maliyetli olabilir.
“Atık plastiklerin ileri dönüşümü, her yerde bulunan ancak yaygın olarak atılan bu malzemelere yeni bir hayat vermek ve onları yeni uygulamalar için katma değerli yeni ürünlere dönüştürmek için yeni bir stratejidir. A*STAR Malzeme Araştırma ve Mühendislik Enstitüsü (IMRE) Polimer Kompozitler Bölümü Başkan Yardımcısı Dr. Derrick Fam, IMRE Yumuşak Malzemeler Bölümü Başkan Yardımcısı Dr. Jason Lim ile birlikte bu çalışmayı yönetti ve “PET plastikler, iyi kurulmuş mevcut atık toplama altyapısı ve nispeten karmaşık olmayan atık akışları nedeniyle ileri dönüşüm için büyük bir potansiyel sunuyor.” dedi.
“Daha fazla elektrifikasyon (elektrik enerjisini her alanda kullanılır duruma getirme) nedeniyle lityum-iyon piller için sürdürülebilir kaynaklı malzemelere yönelik talepte bir artış var. Ancak atık PET plastiklerin polimer elektrolitler için bir kaynak olarak kullanılması şimdiye kadar hiç başarılamamıştı. Bu, atık PET plastiklerin bu uygulama için ileri dönüşümüne yönelik ilk girişimimizi temsil ediyor.” dedi, Lim.
Pet Potansiyelini Ortaya Çıkarmak: Mevcut Özelliklerden Yararlanma
Farklı plastik türleri arasında polietilen tereftalat (PET), 2019 yılında 31 milyon tona ulaşan miktarıyla günümüzde en çok üretilen plastiklerden biridir.
PET plastikler, polimer elektrolitlere (PE’ler) dönüştürülmeye uygun olmalarını sağlayan mevcut özelliklere sahiptir. Mükemmel mekanik özelliklerine katkıda bulunan ve PE’lerin mekanik sağlamlığını artırmak için kullanılabilen sert tereftalat bileşenlerinden oluşurlar, bu da cihaz entegrasyonunu ve üretimini kolaylaştırır.
Buna ek olarak, bu polimerlerin kolaylıkla yeni kimyasal yapı taşlarına dönüştürülmesine olanak tanıyan kolayca kırılabilir kimyasal bağlara sahiptirler. Bunlar daha sonra yeni uygulamalar için yeni polimerler halinde yeniden oluşturulabilir.
Şişelerden Pillere: Pil Tasarımında Devrim Yaratıyor
Atık PET şişeler ekip tarafından poliüretan bazlı PE’ler tasarlamak için kullanıldı. Şu anda LiB’lerde kullanılan geleneksel sıvı elektrolitlerle karşılaştırıldığında PE’ler; elektrolit sızıntısı, kontrolsüz ısınma, hacim genişlemesi, dendrit büyümesi ve yangın tehlikeleri gibi güvenlik tehditlerini ortadan kaldırma potansiyeline sahip pillerde umut verici alternatif bileşenlerdir.
PET türevi polimerlerin katı polimer elektrolitler olarak uygulanabilirliğini değerlendirdikten sonra ekip, LiB’ler için jel polimer elektrolitler olarak kullanıldığında iyonik iletkenliklerini ve döngü performanslarını da değerlendirdi.
Çalışmadan elde edilen bulgular, atık PET’ten türetilen poliüretanların LiB’ler için polimer elektrolit olarak potansiyelini gösterdi. Jel-polimer elektrolit (GPE) olarak 10-4 S/cm’lik bir oda sıcaklığı iletkenliği elde ettiler, bu da sıvı elektrolit içeren mevcut ticari sistemlerle karşılaştırılabilir. Ekip ayrıca bu polimerleri kullanarak çalışan bir LiB’i başarıyla monte etti ve hücrelerin 150 döngüye kadar tekrar tekrar şarj ve deşarj edilebileceğini gösterdi.
Umut verici performansları, PET plastik atıklarının piller için PE malzemelerine dönüştürülebildiği, artan plastik atık sorunuyla mücadele ederken döngüsel bir ekonomi yaratan daha sürdürülebilir enerjiyle çalışan bir geleceğin yolunu açıyor. Ekip ayrıca, çevre dostu piller için bileşenler oluşturmak üzere atık plastiklerin daha büyük ölçekte ileri dönüşüm teknolojisini geliştirmeye çalışacak. Bu girişim, A*STAR’ın enerji verimliliği ve atık yönetimi için sürdürülebilir çözümler geliştirme çabalarıyla uyumludur.
Kaynak: phys.org
Çeviri: Simge Kara
Apple’ın uydu üzerinden acil SOS çağrısı Türkiye’ye ne zaman gelecek?
Apple’ın uydu üzerinden acil SOS çağrısı Türkiye’ye ne zaman gelecek?
Teknoloji, Plastik Atık Şişeleri Lityum-İyon Piller İçin Polimerlere Dönüştürüyor/Teknoloji, Plastik Atık Şişeleri Lityum-İyon Piller İçin Polimerlere Dönüştürüyor