Изучение электрохимического извлечения серебра из отслуживших свой срок солнечных модулей

На сайте инверторы ру, вы можете купить аккумулятор FIAMM FG 21803

Австралийские исследователи определили, что нержавеющая сталь марки 316L является эффективным материалом для извлечения серебра из переработанных фотоэлектрических элементов. Степень извлечения достигает 93 %, а фарадеевская эффективность — 96 %. Исследование показало, что оптимизация плотности тока улучшает осаждение серебра, в то время как загрязнение медью влияет на электрохимические свойства, не вызывая значительного совместного осаждения.

Группа исследователей из Австралии изучила электрохимические факторы, влияющие на извлечение серебра при переработке солнечных модулей. В ходе исследования, в частности, изучалось влияние материала электрода, плотности тока и загрязнения медью на электроосаждение серебра.

«Хотя серебро составляет всего около 0,03% от веса полного фотоэлектрического модуля, на него приходится половина его стоимости. Если ситуация не изменится, то, по оценкам, к 2050 году 85–95% мировых запасов серебра могут оказаться в фотоэлектрических модулях», — заявили исследователи. «В научной литературе описаны экспериментальные исследования электрохимического извлечения серебра из фотоэлектрических солнечных элементов, однако лишь в немногих работах основное внимание уделялось изучению влияния основных технологических параметров».

Для исследования команда подготовила электролит для выщелачивания серебра, содержащий 4 М азотной кислоты (HNO₃) и 20 мМ нитрата серебра (AgNO₃), чтобы имитировать растворенное серебро, извлеченное из переработанных солнечных элементов. Затем электролит протестировали в трехэлектродной электрохимической ячейке с четырьмя различными катодными материалами: серебром, нержавеющей сталью 316L, медью и графитом.

Определив наиболее подходящий материал для электродов, исследователи проанализировали влияние плотности тока и концентрации меди на осаждение серебра. Плотность тока варьировалась в пределах от −5 до −20, от −35 до −50 мА см⁻², а концентрация меди в электролите составляла 10, 20 и 30 мМ.

Полученную степень извлечения серебра, фарадеевскую эффективность, потенциал осаждения, морфологию осадка и его чистоту оценивали с помощью гравиметрического анализа, циклической вольтамперометрии, сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (ЭДС) и рентгеновской дифракции (XRD).

Графическое описание процесса восстановления

«Было обнаружено, что нержавеющая сталь по своим характеристикам не уступает серебру: средний коэффициент восстановления составил 93 %, а фарадеевский выход — 92 %, при этом она более стабильна и не приводит к загрязнению осажденного серебра», — сообщили исследователи. «Медный электрод был нестабилен в электролите и растворялся во время осаждения, в то время как графитовый электрод не всегда давал стабильный осадок серебра».

Определив нержавеющую сталь марки 316L как наиболее подходящий материал для электродов, команда исследователей изучила ее характеристики при различных плотностях тока. Результаты показали, что увеличение плотности тока повышает степень извлечения серебра и эффективность по Фарадею, которая выросла с 87% и 86% при −5 мА см⁻² до 93% и 96% при −35 мА см⁻². При дальнейшем увеличении плотности тока степень извлечения и эффективность снижались. «Плотность тока также существенно влияла на морфологию осадка: размер частиц уменьшался по мере увеличения плотности тока», — добавили исследователи.

Ученые также обнаружили, что концентрация меди в электролите оказывает значительное влияние на электрохимическое поведение системы, что подтверждается измерениями методом циклической вольтамперометрии. Концентрация меди также влияла на зарождение и осаждение серебра, что приводило к морфологическим изменениям осадка. «Несмотря на это, на отложенном серебре не было обнаружено признаков совместного отложения меди при тестируемых концентрациях, максимум — 30 мМ меди и 20 мМ серебра», — сообщили исследователи.

Результаты исследования были опубликованы в статье «Параметрический анализ электрохимических переменных при извлечении серебра для переработки солнечных модулей», вышедшей в журнале Electrochimica Acta. В исследовании приняли участие ученые из австралийских Университета Ньюкасла, CSIRO Energy и PV Industries.