盖世汽车讯 据外媒报道，宾夕法尼亚州立大学（Pennsylvania State University）的一组研究人员发现，未来有一天，一个被扔进回收箱的塑料瓶或许能为电动汽车、智能手机或可再生能源存储系统提供动力。

在一项最新研究中，研究人员成功将废弃的聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate，PET）转化为高度有序的合成石墨（synthetic graphite），即一种碳的晶体形态。所得石墨表现出尺寸较大、排列高度规整的晶粒（crystallites）——即碳层高度对齐的微观区域，表明其具有高度有序的晶体结构。

这些性能指标甚至优于商用天然石墨样品，这意味着由PET衍生的材料具有更高的结构有序性。而与电池研究中常用的天然石墨相比，这种结构有序性是其是否适合用作高质量负极材料的关键指标之一。该项研究成果发表于期刊《Diamond and Related Materials》。

图片来源：《Diamond and Related Materials》

两个供应难题，一种材料解决

论文第一作者、宾夕法尼亚州立大学约翰和威利·莱昂家族（John and Willie Leone Family）能源与矿物工程系博士生Shakshi Sekar表示：“多数人在使用完塑料瓶后，会把它当作废弃物看待。而我们的研究表明，这种材料实际上可以转化为生产石墨的宝贵资源，而石墨正是现代电池技术不可或缺的关键材料。”

石墨被美国能源部（United States Department of Energy）列为关键矿产（critical mineral），是锂离子电池的重要组成部分，作为负极材料承担电荷存储与释放功能。随着电动车、消费电子产品以及电网级储能系统需求持续增长，市场对电池级石墨的需求也在不断攀升。

与此同时，美国PET容器资源协会（National Association for PET Container Resources）的数据显示，PET仍是全球使用最广泛的塑料之一。尽管许多消费者会将塑料瓶投入回收箱，但其中大量材料最终仍被丢弃、降级回收（downcycled）为低附加值产品，或直接送往填埋场。而研究团队表示，他们看到了同时解决这两大问题的机会。

塑料如何完成转化

研究人员将粉碎后的PET塑料与少量氧化石墨烯（graphene oxide）混合，并通过精确控制的热处理工艺加热，使塑料中的碳原子重新排列，形成高度有序的石墨结构。

Shakshi Sekar表示：“我们不仅仅是在为废塑料寻找用途。我们是在创造一种高价值材料，它有望支撑不断增长的电池和清洁能源技术需求。”

研究发现，仅添加重量比为2.5%的氧化石墨烯，就能制备出质量最高的石墨材料。在这种条件下，所得材料形成的晶粒尺寸超过天然石墨对应水平，表明其具有极高程度的结构有序性。

研究人员解释称，位于氧化石墨烯片层边缘的含氧官能团（oxygen-containing functional groups）有助于启动并促进石墨晶体的横向生长。而暴露的石墨烯表面则充当模板，在石墨化（graphitization，即碳转化为石墨的过程）过程中，引导碳原子形成高度有序的层状堆叠结构。

更清洁的石墨制备路径

该团队的方法不同于许多传统合成石墨工艺。常见石墨化技术通常依赖铁、镍或钴等金属催化剂，而这些催化剂往往会留下杂质，需要额外的化学纯化步骤进行去除。

相比之下，研究人员采用基于石墨烯的添加剂促进石墨化过程，从而避免引入金属污染物。

Shakshi Sekar表示：“通过避免使用金属催化剂，我们能够制备出更洁净的石墨，同时减少化学品使用和废弃物产生。”

研究人员指出，省去催化剂去除步骤，有望简化未来制造流程，并降低电池材料生产过程中的环境足迹。

将回收塑料用作电池原料

尽管仍需进一步研究其大规模生产可行性以及实际电池性能，这项研究已经展示出一条极具前景的路径：将全球最常见的一类废弃物流转化为高价值储能材料。

Shakshi Sekar表示，这项研究也预示着未来人们对塑料废弃物认知方式的转变。“如果废塑料能够成为先进能源材料的原料，那么我们对回收利用的理解将发生改变。与其将塑料视为需要处理的废弃问题，不如把它看作支撑清洁能源技术发展的重要资源。”