Las botellas de plástico podrían cobrar nueva vida en las baterías en forma de grafito

En un nuevo estudio, los investigadores convirtieron residuos de polietileno tereftalato (PET) en grafito sintético altamente ordenado, una forma cristalina del carbono. El grafito obtenido presentaba cristalitos grandes y bien ordenados —o regiones microscópicas de capas de carbono bien alineadas—, lo que indica una estructura cristalina muy organizada. Estas propiedades superaban a las de las muestras comerciales de grafito natural, lo que indica que el material derivado del PET tenía una estructura cristalina más ordenada. Dicho orden estructural es un indicador clave de la idoneidad para materiales de ánodo de alta calidad en comparación con el grafito natural, que se utiliza habitualmente como referencia en la investigación sobre baterías.

Los resultados, publicados enla revista *Diamond and Related Materials*, sugieren que un residuo común podría convertirse en una valiosa fuente de carbono apto para baterías.

«La mayoría de la gente considera que una botella de plástico es un residuo una vez que ha dejado de usarla», afirmó Shakshi Sekar, autora principal del estudio y estudiante de doctorado en el Departamento de Ingeniería Energética y Mineral «John and Willie Leone Family» de la Universidad Estatal de Pensilvania. «Nuestro trabajo demuestra que ese mismo material puede convertirse en un recurso valioso para producir grafito, que es esencial para las tecnologías modernas de baterías».

Clasificado como mineral crítico por el Departamento de Energía de EE. UU., el grafito es un componente fundamental de las baterías de iones de litio, ya que actúa como material del ánodo que almacena y libera cargas eléctricas. A medida que sigue creciendo la demanda de vehículos eléctricos, electrónica de consumo y sistemas de almacenamiento de energía a escala de red, también lo hace la demanda de grafito apto para baterías.

Al mismo tiempo, el PET sigue siendo uno de los plásticos más utilizados en el mundo, según la Asociación Nacional de Recursos de Envases de PET. Aunque muchos consumidores depositan las botellas de plástico en los contenedores de reciclaje, gran parte de ese material acaba siendo desechado, reciclado hacia productos de menor valor o enviado a vertederos.

El equipo de investigación afirmó que vio una oportunidad para abordar ambos retos.

Al combinar plástico PET triturado con pequeñas cantidades de óxido de grafeno y calentar el material mediante un proceso térmico cuidadosamente controlado, el equipo logró reorganizar los átomos de carbono del plástico en estructuras grafíticas altamente ordenadas.

«No nos limitamos a encontrar un uso para los residuos plásticos», afirmó Sekar. «Estamos creando un material valioso que podría contribuir a satisfacer la creciente demanda de baterías y tecnologías de energía limpia».

Los investigadores descubrieron que añadir tan solo un 2,5 % de óxido de grafeno en peso producía grafito de la máxima calidad. En esas condiciones, el material desarrolló dimensiones de cristalitos que superaban las asociadas al grafito natural, lo que indica un grado excepcional de orden estructural.

Según los investigadores, los grupos funcionales que contienen oxígeno situados a lo largo de los bordes de las láminas de óxido de grafeno ayudan a iniciar y favorecer el crecimiento lateral de los cristales de grafito. Las superficies expuestas de grafeno actúan como plantillas que guían a los átomos de carbono hacia disposiciones apiladas altamente organizadas durante la grafitización, el proceso de transformación del carbono en grafito.

El enfoque del equipo difiere de muchos métodos anteriores utilizados para producir grafito sintético. Las técnicas habituales de grafitización suelen basarse en catalizadores metálicos como el hierro, el níquel o el cobalto, que pueden dejar impurezas que requieren pasos adicionales de purificación química para su eliminación.

En su lugar, estos investigadores utilizaron aditivos a base de grafeno que favorecen la grafitización sin introducir contaminantes metálicos.

«Al evitar los catalizadores metálicos, podemos producir grafito más limpio, al tiempo que reducimos el uso de productos químicos y la generación de residuos», afirmó Sekar.

La eliminación de los pasos de eliminación de catalizadores podría simplificar la fabricación futura y reducir la huella medioambiental asociada a la producción de materiales para baterías, según los investigadores.

Aunque es necesario seguir trabajando para evaluar la producción a gran escala y el rendimiento de las baterías, el estudio muestra una vía prometedora para transformar uno de los flujos de residuos más comunes del mundo en un material de almacenamiento de energía de gran valor.

Los resultados también apuntan a un cambio más amplio en la forma en que podrían considerarse los residuos plásticos en el futuro, señaló Sekar.

«Si los residuos plásticos pueden convertirse en materia prima para materiales energéticos avanzados, esto cambia nuestra forma de concebir el reciclaje», afirmó Sekar. «En lugar de considerar el plástico como un problema de eliminación, podemos verlo como un recurso que contribuye a las tecnologías de energía limpia».