Cependant, le frittage à froid (le processus consistant à combiner des matériaux à base de poudre sous des formes denses à basse température grâce à une pression appliquée à l'aide de solvants) permet aux matériaux d'être recyclés encore et encore.

"C'est l'idée du frittage à froid :vous pouvez prendre deux ou plusieurs matériaux destinés à la décharge, les combiner et créer un composite, et recycler le composite encore et encore, sans perte de performances", a déclaré Gomez.

Dans trois articles récents, Gomez et son équipe décrivent trois nouvelles utilisations du frittage à froid qui font progresser le recyclage dans la science des matériaux.

Dans un article publié dans Materials Horizons , les chercheurs ont utilisé le frittage à froid pour combiner le polypropylène (un déchet plastique courant difficile à recycler en raison de problèmes de traitement et de tri) avec un matériau céramique. Le résultat était un composite qui pouvait être utilisé pour fabriquer des matériaux de construction structurels comme des cloisons sèches ou des terrasses extérieures.

"Le frittage à froid du plastique avec des matériaux céramiques produit des composites solides et résistants, parfaits pour une utilisation dans la construction", a déclaré Po-Hao Lai, doctorant en génie chimique et premier auteur de l'article. "Ces composites peuvent subir plusieurs cycles de recyclage avec uniquement l'ajout d'eau, offrant ainsi une consommation d'énergie et d'eau inférieure par rapport aux matériaux de construction conventionnels."

De plus, le recyclage traditionnel conduit souvent au downcycling, où la qualité du matériau diminue à chaque cycle de recyclage, entraînant la perte de propriétés précieuses, selon les chercheurs. En combinant des déchets plastiques avec des céramiques pour créer des composites, la méthode répond non seulement aux limites du recyclage mécanique, mais surmonte également les inconvénients des céramiques, tels que la fragilité.

Lorsque les matériaux de construction ont atteint leur fin de vie, ils peuvent être à nouveau broyés par frittage à froid et réutilisés. Les chercheurs ont démontré leur compétence dans le rebroyage et le frittage à froid du composite jusqu'à 10 fois.

"Si vous refaites votre terrasse en utilisant ces matériaux, puis décidez que vous souhaitez modifier sa conception, vous pouvez simplement la récupérer, la broyer et la fritter à froid, et la transformer en quelque chose d'autre, comme un porche ou un banc", a déclaré Bryan Vogt. , professeur de génie chimique et auteur co-correspondant de l'article Materials Horizons.

Dans une étude publiée dans ChemSusChem , les chercheurs ont appliqué le frittage à froid aux composants électrolytiques solides et liquides des batteries à semi-conducteurs. Les batteries au lithium à semi-conducteurs sont à forte densité énergétique, sûres, ininflammables et peuvent être utilisées dans les véhicules électriques, les appareils portables ou les batteries d'ordinateurs portables.

"Les défauts dans les batteries, tels que les vides et les fissures causés par les contraintes mécaniques sur les électrolytes solides des batteries, peuvent bloquer les voies de transport du lithium-ion et conduire à un court-circuit de la batterie", a déclaré Yi-Chen Lan, doctorant en génie chimique. et premier auteur de l'article.

"Pour recycler les électrolytes ayant subi une dégradation mécanique, nous utilisons le frittage à froid pour redensifier les microstructures et retraiter les électrolytes composites en mélangeant des céramiques avec des polymères et des sels de lithium."

L'idée de fritter à froid les électrolytes liquides nécessaires aux batteries à semi-conducteurs est née en 2018, lorsqu'un chercheur postdoctoral du groupe Gomez a accidentellement cassé un échantillon d'électrolyte liquide au cours d'une expérience.

"Il a décidé de retraiter l'échantillon d'électrolyte par frittage à froid, et nous avons découvert que cela fonctionnait tout aussi bien après avoir été retraité", a déclaré Gomez. "Nous n'avions pas réalisé à l'époque que c'était un concept que nous pouvions exploiter, et c'est ce qui a donné naissance à cet article."

Le retraitement et la réutilisation des électrolytes utilisés dans ces batteries entraînent une consommation d'énergie inférieure et un impact environnemental moindre au fil du temps, ce qui favorise la viabilité et la durabilité de tous les types de batteries à semi-conducteurs, selon Lan.

Dans un article publié dans MRS Communications , des chercheurs ont fritté à froid un composite qui entre dans la composition des condensateurs, qui sont des composants importants des véhicules électriques. Dans les expériences, ils ont combiné le titanate de baryum céramique avec du téflon ou du polytétrafluoroéthylène.

"Notre travail dans MRS Communications démontre le potentiel de recyclage des matériaux qui sera crucial pour l'électrification des transports, et donc la réduction des gaz à effet de serre", a déclaré Hongtao Sun, professeur adjoint d'ingénierie industrielle et manufacturière et co-auteur correspondant de l'article.

Le frittage à froid a été développé en 2016 par une équipe de chercheurs dirigée par Clive Randall, directeur du Materials Research Institute de Penn State et professeur distingué de science et d'ingénierie des matériaux.

"Nous voyons maintenant de nombreux autres groupes de recherche adopter le processus de frittage à froid partout dans le monde dans les universités, les laboratoires nationaux et même au sein de l'industrie", a déclaré Randall.

"J'ai été étonné par la diversité des applications qui émergent, mais la recherche du groupe Gomez ouvre la voie à une économie circulaire, une stratégie extrêmement importante qui est nécessaire pour un avenir durable."