Индийская исследовательская группа разработала новый процесс переработки фотоэлектрических модулей с извлечением кремния на 97,75%

Репортаж от Wedoany，Индийская исследовательская группа разработала новый процесс переработки, позволяющий извлекать кремний и первичный диоксид кремния (SiO₂) из вышедших из эксплуатации кристаллических кремниевых солнечных элементов и использовать их в качестве электродных материалов для накопителей энергии. Исследование сосредоточено на оценке влияния различных комбинаций подложек и извлеченного кремния на механизмы накопления заряда.

Исследователи отмечают, что значительный рост совокупной установленной мощности фотоэлектрических систем привел к резкому увеличению количества вышедших из эксплуатации модулей, что требует устойчивых решений для управления отходами. В данном исследовании предлагается экологичный подход, заключающийся в интеграции переработанных фотоэлектрических отходов в электродные материалы литий-ионных электрохимических систем, с особым акцентом на анализ фарадеевского поведения накопления заряда, зависящего от подложки. Процесс переработки начинается с ручного демонтажа и удаления алюминиевых рамок отработанных модулей, после чего проводится термическая обработка при 480 °C для разложения и удаления инкапсулирующего слоя EVA, задней панели и остатков стекла. Затем извлеченные фрагменты кремниевых элементов отделяются и измельчаются в шаровой мельнице при 450 об/мин в течение 6 часов до получения микронного порошка, который последовательно очищается щелочным и кислотным выщелачиванием с использованием гидроксида натрия (NaOH) и соляной кислоты (HCl). Путем оптимизации процесса изменением молярного соотношения NaOH:HCl было достигнуто максимальное извлечение кремния около 97,75% при соотношении 1:1,25. Очищенный порошок смешивается с углеродными нанотрубками (CNT) в качестве токопроводящей добавки, поливинилиденфторидом (PVDF) в качестве связующего и N-метил-2-пирролидоном (NMP) в качестве растворителя в весовом соотношении 80:10:10 для формирования пасты, которая наносится на медную фольгу, стекло с покрытием из оксида индия-олова (ITO) и графитовую фольгу в качестве токосъемников, после чего сушится в вакууме при 90–100 °C.

Исследовательская группа охарактеризовала извлеченные материалы с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS), рентгеновской дифракции (XRD), рентгеновской флуоресценции (XRF) и рамановской спектроскопии, а также провела морфологический анализ с использованием просвечивающей электронной микроскопии (TEM), сканирующей электронной микроскопии (SEM), энергодисперсионного рентгеновского анализа (EDX) и атомно-силовой микроскопии (AFM). Термогравиметрический анализ (TGA) использовался для термической характеристики, анализ по методу Брунауэра–Эммета–Теллера (BET) для определения удельной поверхности, а электрохимические свойства оценивались с помощью циклической вольтамперометрии (CV), электрохимической импедансной спектроскопии (EIS) и гальваностатического заряда-разряда (GCD). Исследователи сообщают, что электроды, изготовленные на медной фольге и ITO, демонстрируют диффузионно-контролируемое батарейное поведение, тогда как электроды на графитовой подложке проявляют емкостные характеристики накопления заряда. Циклическая вольтамперометрия и электрохимическая импедансная спектроскопия подтвердили хорошие граничные свойства, а испытания гальваностатического заряда-разряда показали стабильную производительность в течение 500 циклов. Значения удельной емкости для электродов на медной фольге, ITO и графитовой подложке составили 143,23 Ф г, 30,53 Ф г и 163,92 Ф г соответственно. Исследовательская группа пришла к выводу, что электроды, изготовленные на медной фольге и ITO, подходят для кремниевых электродов в литий-ионных электрохимических системах, в то время как электроды на графитовой подложке демонстрируют потенциал для применения в устойчивых накопителях энергии.

Результаты исследования опубликованы в виде статьи «Recycling of solar cells recovered from waste panels into efficient silicon-based composite electrodes for energy-storage applications» в журнале RSC Sustainability. В работе приняли участие исследователи из Национальной физической лаборатории Индии (CSIR) и Индийского института научных инноваций и исследований (AcSIR).