Die Methode ermöglicht es, Abfallprodukte zu recyceln und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern.

Bild: iStock, Vadim Sazhniev

Elektroden aus karbonisierten Papierfasern Teile für Lithium-Ionen-Batterien aus Altpapier

29.11.2022

Papierverpackungen landen aktuell zumeist als Altpapier in der Abfalltonne. Forschern der NTU Singapur ist es gelungen, einen neuen Zweck für das Material zu finden: Ihre Methode verwandelte Kraftpapier in Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien. Das Verfahren ist nicht nur material- und umweltschonender als die gewöhnliche Herstellungsmethoden, die Elektroden sind auch deutlich zäher und langlebiger als herkömmliche Kohlenstoff-Akkus.

Wissenschaftler der NTU Singapur haben eine Technik entwickelt, mit der sich Altpapier aus Einwegverpackungen und -tüten sowie Pappkartons in eine wichtige Komponente von Lithium-Ionen-Batterien umwandeln lässt.

Durch ein Verfahren namens Karbonisierung, bei dem Papier in reinen Kohlenstoff umgewandelt wird, verwandelten die NTU-Forscher die Papierfasern in Elektroden, die zu wiederaufladbaren Batterien für Mobiltelefone, medizinische Geräte und Elektrofahrzeuge verarbeitet werden können.

Haltbarer und flexibler als Kohlenstoffelektroden

Zur Herstellung der Kohlenstoffanoden fügten die NTU-Forscher mehrere dünne Blätter aus Kraftpapier zusammen und schnitten sie mit dem Laser zu verschiedenen Gittergeometrien. Um das Papier anschließend zu verkohlen, wurde es hohen Temperaturen ausgesetzt und so zu reinem Kohlenstoff, Wasserdampf und Ölen reduziert, die als Biokraftstoff verwendet werden können. Da die Karbonisierung unter Ausschluss von Sauerstoff stattfindet, werden nur geringe Mengen an Kohlendioxid freigesetzt, und das Verfahren ist eine umweltfreundlichere Alternative zur Entsorgung von Kraftpapier durch Verbrennung, bei der große Mengen an Treibhausgasen entstehen.

Die vom Forschungsteam hergestellten Kohlenstoffanoden wiesen außerdem eine hervorragende Haltbarkeit, Flexibilität und elektrochemische Eigenschaften auf. Labortests zeigten, dass die Anoden bis zu 1.200 Mal aufgeladen und entladen werden konnten, was mindestens doppelt so haltbar ist wie Anoden in aktuellen Telefonakkus. Die Akkus, die die von der NTU hergestellten Anoden verwenden, konnten auch mehr physischen Belastungen standhalten als ihre Gegenstücke und absorbierten die Energie von Stößen bis zu fünfmal besser. Durch die bessere Festigkeit nicht nur die Stabilität der Geräte, sondern auch die Lebensdauer der Batterie zu.

Energie und Material sparen

Die von der NTU entwickelte Methode verwendet, im Vergleich zu den derzeitigen industriellen Methoden zur Herstellung von Batterieanoden, außerdem weniger energieintensive Prozesse und. Da die Anode 10 bis 15 Prozent der Gesamtkosten einer Lithium-Ionen-Batterie ausmacht, dürfte diese neue Methode, bei der ein kostengünstiges Abfallmaterial verwendet wird, auch die Herstellungskosten senken.

Die Verwendung von Altpapier als Rohstoff für die Herstellung von Batterieanoden würde auch die Abhängigkeit von konventionellen Kohlenstoffquellen wie kohlenstoffhaltigen Füllstoffen und kohlenstoffhaltigen Bindemitteln verringern, die abgebaut und später mit aggressiven Chemikalien und Maschinen verarbeitet werden.

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