Garrafas plásticas viram polímeros para baterias de íon-lítio
O resíduo de plástico é um problema global que crescente a cada dia e deve piorar ainda mais com o aumento da demanda por plásticos. No mundo todo, 460 milhões de toneladas de plástico foram produzidas em 2019, mas apenas 9% foram recicladas, sendo que o restante do plástico foi incinerado ou descartado em aterros sanitários e no meio ambiente. Mas a notícia boa é que agora as garrafas plásticas viram polímeros para baterias de íon-lítio.
Recentemente, uma equipe de cientistas da Agência de Pesquisa, Ciência e Tecnologia (A*STAR) teve sucesso em reaproveitar o plástico residual de tereftalato de polietileno (PET) e transformá-lo em eletrólitos de polímero, que são componentes essenciais para baterias de íon-lítio (LiBs) mais seguras.
Publicado no Journal of Materials Chemistry A em novembro de 2022, o estudo se torna o primeiro relato conhecido em que uma LiB funcional é montada com polímeros reciclados de PETs – usados para fazer garrafas plásticas.
Convencionalmente, os resíduos plásticos são reciclados por meio de processos químicos e mecânicos, com certas desvantagens. No mecânico, apenas uma pequena proporção de PET reciclado pode eventualmente ser usada, pois suas propriedades físicas se degradam a cada rodada de reciclagem por conta da quebra da cadeia polimérica. Já a reciclagem química demanda um alto consumo de energia e de monômeros purificados, além de poder ser mais cara quando comparada com o uso de polímeros virgens.
“A reciclagem de resíduos plásticos é uma nova estratégia para dar a esses materiais onipresentes – mas comumente descartados – uma nova vida para transformá-los em outros produtos de valor agregado para novos usos. O plástico PET oferece grande potencial para a reciclagem porque a coleta existente desse tipo de resíduo tem uma infraestrutura bem estabelecida e fluxos relativamente descomplicados”.
Dr. Derrick Fam, vice-chefe do departamento de Compósitos de Polímeros do Instituto de Pesquisa e Engenharia de Materiais (IMRE) da A*STAR e líder deste estudo, juntamente com o Dr. Jason Lim, vice-chefe do Departamento de Materiais Macios do IMRE)
“Há um aumento na demanda por materiais de origem sustentável para uso em baterias de íon-lítio por sua maior eletrificação. No entanto, o uso de resíduos de plástico PET como recurso para eletrólitos poliméricos nunca tinha sido viabilizado até o momento”, disse o Dr. Lim. “Isso representa nossa primeira tentativa de reciclar resíduos de plástico PET para esta aplicação”.
Desbloqueando o potencial do plástico PET: aproveitando propriedades existentes
Dentre os diversos tipos de plástico produzidos atualmente, o PET é um dos mais abundantes – foram 31 milhões de toneladas em 2019.
Os plásticos PET possuem características que os tornam adequados para uso em eletrólitos poliméricos (PEs). Eles são feitos de componentes rígidos de tereftalato, que contribuem para suas excelentes propriedades mecânicas e podem ser aproveitados para aumentar a robustez dos PEs – o que, por sua vez, facilita a integração e a fabricação do dispositivo.
Além disso, os plásticos PET possuem ligações químicas que podem ser facilmente quebradas para permitir que os polímeros sejam transformados em novos blocos químicos de construção para outros usos.
De garrafas a baterias: revolucionando o design da bateria
Resíduos de garrafas PET foram usados pela equipe do IMRE para projetar PEs à base de poliuretano. Em comparação com os eletrólitos líquidos convencionais atualmente usados em LiBs, os PEs são componentes alternativos e promissores em baterias e têm o potencial de aumentar sua segurança, como eliminar os riscos de vazamento de eletrólitos, aquecimento descontrolado, expansão de volume, crescimento de dendritos e riscos de incêndio.
Depois de avaliar a viabilidade dos polímeros derivados de PET como eletrólitos de polímeros sólidos, a equipe avaliou também a condutividade iônica e desempenho de ciclagem quando usados como eletrólitos de polímero de gel para LiBs.
Os resultados do estudo mostraram que os poliuretanos derivados de resíduos de PET têm potencial como eletrólitos poliméricos para LiBs e também que eles alcançaram uma condutividade à temperatura ambiente de 10-4 S/cm como um eletrólito polimérico de gel (GPE), comparável aos sistemas comerciais existentes contendo eletrólitos líquidos.
A equipe também montou com sucesso uma LiB funcional usando esses polímeros e mostrou que as células podem ser carregadas e descarregadas repetidamente em até 150 ciclos.
Os resultados da pesquisa abrem caminho para um futuro alimentado por mais energia sustentável, em que os resíduos de plástico PET podem ser transformados em materiais de PE para baterias, criando uma economia circular enquanto o crescente problema de resíduos de plástico é combatido.
A equipe também buscará avançar na tecnologia de reciclagem de resíduos plásticos em maior escala para criar componentes para baterias ecológicas. Esta iniciativa está alinhada com os esforços da A*STAR em desenvolver soluções sustentáveis para a eficiência energética e gestão de resíduos.
Mais informação: Ming Yan Tan et al. Upcycling waste poly(ethylene terephthalate) into polymer electrolytes, Journal of Materials Chemistry A (2022). DOI: 10.1039/D2TA06692K
Fonte: Journal of Materials Chemistry A
Informação disponibilizada pela Agency for Science, Technology and Research (A*STAR), de Cingapura.
Artigo original (em inglês) publicado pela Phys.Org.
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