Glücklicher Zufall erweitert die Möglichkeiten zur Herstellung von Graphit

Neue Technik erfordert weder die typischen Metallkatalysatoren noch spezielle Rohstoffe

28.07.2020 - Australien

Forscher der Curtin-Universität haben unerwartet eine neue Methode zur Herstellung von kristallinem Graphit entdeckt, ein wesentliches Material, das bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien verwendet wird.

In einer Forschungsarbeit, die in Nature's Communications Materials veröffentlicht wurde, wird beschrieben, dass die neue Technik nicht die typischen Metallkatalysatoren oder spezielle Rohstoffe benötigt, um Kohlenstoff in kristallinen Graphit umzuwandeln. Interessanterweise wurde sie stattdessen von einem Forschungsstudenten in einem Labor entdeckt, der ein Atomabsorptionsspektrometer (AAS) verwendete - ein Gerät, das in den 1950er Jahren in Australien erfunden und entwickelt wurde, um die Zusammensetzung von Flüssigkeiten zu analysieren.

Der Master-Student, der hinter dieser Entdeckung stand, Jason Fogg, sagte, dass die genaue wissenschaftliche Grundlage, warum diese neue Technik funktioniert, zwar noch bestätigt werden muss, aber er glaubt, dass dies mit der spezifischen Art und Weise zusammenhängt, in der das AAS die Proben durch kurze, schnelle Pulse erhitzt.

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"Wir haben einen speziellen Ofen verwendet, der die Probe in Sekundenschnelle auf 3000 Grad Celsius erhitzen kann, was die meisten Öfen nicht erreichen können", sagte Herr Fogg.

"Um die Temperatur ins rechte Licht zu rücken: 3000 Grad Celsius entsprechen etwa der Hälfte der Oberflächentemperatur der Sonne".

Dr. Irene Suarez-Martinez von der Curtin's School of Electrical Engineering, Computing and Mathematical Sciences sagte, dass Graphit zwar die stabilste Form von Kohlenstoff ist, die meisten Kohlenstoffmaterialien sich jedoch hartnäckig weigern, sich in Graphit umzuwandeln, weshalb sie über die Ergebnisse von Herrn Fogg absolut schockiert war.

"Als er mir erzählte, dass er perfekten kristallinen Graphit aus einem bekannten nicht graphitisierenden Kohlenstoffmaterial herstellt, konnte ich es nicht glauben, ich war absolut erstaunt über die Ergebnisse. Erst als wir die Ergebnisse dreimal wiederholten, war ich überzeugt", sagte Dr. Suarez-Martinez.

Das erstaunlichste Ergebnis war das Polymer Polyvinylidenchlorid (PVDC), das Dr. Suarez-Martinez als "Lehrbuchbeispiel" für ein sehr hartnäckiges Material bezeichnete.

Da die weltweite Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien steigt, erwarten die Wissenschaftler, dass auch die kommerzielle Nachfrage nach kristallinem Graphit zunimmt, und dieses Forschungsteam ist nun entschlossen, die genauen Details herauszufinden, warum diese spezielle Impulserwärmungsmethode so effektiv war.

"Unsere Hypothese ist, dass Luftsauerstoff zwischen den Impulsen in die Struktur eindringt und die schnelle Erwärmung bei den nächsten Impulsen die Strukturen wegbrennt, die normalerweise die Bildung von Graphit verhindern würden", sagte Dr. Suarez-Martinez.

"Wir sind auch daran interessiert zu sehen, ob sich andere komplexe Kohlenstoffe ebenfalls umwandeln werden. Könnte diese Methode in der Lage sein, organisches Kohlenstoffmaterial, wie z.B. Lebensmittelabfälle, in kristallinen Graphit umzuwandeln?

"Im Moment sind wir nur in der Lage, sehr kleine Mengen an kristallinem Graphit herzustellen, so dass wir weit davon entfernt sind, diesen Prozess auf kommerzieller Ebene zu reproduzieren. Aber wir planen, unsere Methode und unsere Hypothesen weiter zu erforschen".

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https://www.chemie.de/news/1167368/gluecklicher-zufall-erweitert-die-moeglichkeiten-zur-herstellung-von-graphit.html