Alte Papiertüten und Kartons könnten in sicherem und dennoch leistungsstarkem Lithium neues Leben finden

Forscher der Nanyang Technological University haben einen Weg gefunden, Altpapier in ein Material für die Verwendung in Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterien für Smartphones und Elektrofahrzeuge umzuwandeln – eine ideale und umweltfreundliche Verwendung für Einwegverpackungen, sagen sie wie Papiertüten und Kartons.

„Papier wird in unserem täglichen Leben in vielen Facetten verwendet, von der Geschenkverpackung über Kunsthandwerk bis hin zu einer Vielzahl industrieller Anwendungen, wie z. B. Hochleistungsverpackungen, Schutzverpackungen und dem Füllen von Hohlräumen im Bauwesen“, sagt Projektleiter Lai Changquan, Assistenzprofessor an der Fakultät für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik der NTU. „Aber bei der Entsorgung wird außer der Verbrennung, die aufgrund ihrer Zusammensetzung hohe CO2-Emissionen verursacht, kaum etwas dagegen getan. Unsere Methode, Kraftpapier ein zweites Leben zu geben und es in den wachsenden Bedarf an Geräten wie z B. Elektrofahrzeuge und Smartphones, würden nicht nur dazu beitragen, den CO2-Ausstoß zu reduzieren, sondern auch die Abhängigkeit von Bergbau und Schwerindustriemethoden verringern.“

Bei der Arbeit des Teams werden dünne Blätter Kraftpapier lasergeschnitten und durch Blattlaminierung zu Gittern unterschiedlicher Form wieder zusammengefügt, bevor das Papier einer sauerstofffreien Hochtemperaturumgebung ausgesetzt wird, um es zu pyrolisieren, ohne das Material zu verbrennen. Das Ergebnis nennt das Team „Paper-Derived Architected Carbon Foams“ (PDACFs), die eine „beispiellose Kombination aus Festigkeit und Energieabsorption“ aufweisen – einschließlich einer Druckelastizität ähnlich der von Graphen-Aerogelen, jedoch bei Belastung um mehrere Größenordnungen höher.

Am interessantesten ist jedoch die Verwendung des Materials als Anode in Lithium-Ionen-Batterien, da es eine verbesserte Sicherheit und eine hohe Energiekapazität aufweist, was es zu einem Schlüsselmaterial für die Stromversorgung von Smartphones, Laptops und Elektrofahrzeugen der nächsten Generation machen könnte. „Unsere Anoden zeigten eine Kombination von Stärken wie Haltbarkeit, Stoßdämpfung und elektrische Leitfähigkeit, die in aktuellen Materialien nicht zu finden sind“, behauptet Co-Autor Lim Guo Yao. „Diese strukturellen und funktionellen Eigenschaften zeigen, dass unsere Anoden auf Kraftpapierbasis eine nachhaltige und skalierbare Alternative zu aktuellen Kohlenstoffmaterialien sind und in anspruchsvollen, hochwertigen, multifunktionalen Anwendungen wie dem aufstrebenden Bereich der Strukturbatterien einen wirtschaftlichen Wert finden würden.“

„Unsere Methode wandelt ein weit verbreitetes und allgegenwärtiges Material – Papier – in ein anderes um, das extrem haltbar und stark nachgefragt ist“, fügt Lai hinzu. „Wir hoffen, dass unsere Anoden den weltweit schnell wachsenden Bedarf an einem nachhaltigen und umweltfreundlicheren Material für Batterien decken werden, dessen Herstellung und unsachgemäße Abfallentsorgung nachweislich negative Auswirkungen auf unsere Umwelt haben.“

Die Arbeit des Teams wurde unter Open-Access-Bedingungen in der Zeitschrift Additive Manufacturing veröffentlicht.