Сингапурские ученые разработали метод извлечения кремния высокой чистоты из солнечных панелей для переработки в литий-ионные батареи

Ученые из Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU) разработали эффективный метод восстановления кремния высокой чистоты из просроченных солнечных панелей для производства литий-ионных батарей.

Кремний высокой чистоты составляет большую часть солнечных элементов, однако их обычно выбрасывают по окончании срока службы, через 25–30 лет. Отделить кремний от других компонентов солнечных элементов, таких как алюминий, медь, серебро, свинец и пластик, довольно сложно. Кроме того, переработанный кремний имеет примеси и дефекты, что делает его непригодным для других технологий. Существующие методы восстановления кремния высокой чистоты являются энергоемкими и включают в себя высокотоксичные химические вещества, что делает их дорогими и ограничивает их широкое распространение.

Исследователи NTU преодолели эти проблемы с помощью нового метода экстракции с использованием фосфорной кислоты, вещества, обычно используемого в пищевой промышленности и производстве напитков.

Подход NTU продемонстрировал более высокую скорость восстановления и чистоту, чем существующие технологии восстановления кремния. Этот процесс также более эффективен, поскольку в нем используется всего один реагент (фосфорная кислота), тогда как традиционные методы включают как минимум два типа химикатов (высококислотные и сильнощелочные).

Использование солнечной возобновляемой энергии за последние несколько десятилетий значительно выросло, а ограниченный срок службы солнечных панелей в 30 лет означает, что к 2050 году срок службы 78 миллионов тонн солнечных панелей истекает. Исследовательская группа NTU считает, что их метод восстановления кремния потенциально может решить растущую проблему отходов солнечных панелей, сохраняя ресурсы в цикле.

Исследование опубликовано в журнале Solar Energy Materials and Solar Cells.

Кремний считается одним из наиболее многообещающих материалов для литий-ионных аккумуляторов следующего поколения, используемых в электромобилях, благодаря его способности обеспечивать увеличенный запас хода и быстрое время зарядки. Поскольку автопроизводители стремятся разработать литий-ионные аккумуляторы на основе кремния для современных электромобилей, исследовательская группа NTU считает, что их новый метод восстановления кремния может удовлетворить ожидаемый спрос на кремний высокой чистоты.

Подход NTU предполагает сначала замачивание солнечного элемента с истекшим сроком годности в горячей разбавленной фосфорной кислоте на 30 минут для удаления металлов (алюминия и серебра) с их поверхностей. Этот процесс повторяется с использованием свежей фосфорной кислоты, чтобы обеспечить полное удаление металлов, в результате чего через 30 минут получается чистая кремниевая пластина.

Используя расширенный спектроскопический анализ для оценки содержания элементов в восстановленной пластине, исследователи обнаружили, что их образец достиг степени восстановления 98,9 процента при чистоте 99,2 процента. Когда восстановленный кремний был переработан в анод литий-ионной батареи и проверен на эффективность, он работал так же, как новый, купленный на коммерческой основе кремний.