Из отходов солнечных панелей получают наночастицы диоксида кремния для анодов аккумуляторов

Наночастицы диоксида кремния, полученные из отработанных солнечных элементов, повысили емкость графитовых анодов литий-ионных аккумуляторов в ходе лабораторных испытаний.

Исследователи, получившие финансирование от южнокорейской программы по переработке солнечных панелей, получили наночастицы диоксида кремния диаметром в среднем 109 нанометров (нм) из силиката натрия, полученного из отработанных солнечных элементов. Они обнаружили, что добавление этих частиц в графитовые аноды повышает емкость аккумулятора.

Команда провела реакцию кремнийсодержащего порошка из отработанных панелей с гидроксидом натрия и водой, чтобы получить раствор силиката натрия. Затем они использовали этот раствор в качестве исходного материала для модифицированного процесса Штобера — метода, при котором частицы диоксида кремния выращиваются в щелочной смеси аммиака и спирта.

В более ранних исследованиях, в которых диоксид кремния получали из силиката натрия, используемого в солнечных батареях, в основном применялось кислотное осаждение, которое, по словам исследователей, приводит к образованию слипшихся частиц. Щелочной метод позволил получить сферические частицы с ограниченной склонностью к слипанию, без использования поверхностно-активных веществ или полимерных добавок.

Размер частиц, полученных из отходов солнечной энергетики, в среднем составил 109 нм по сравнению с 97 нм у частиц, полученных из коммерческого силиката натрия в тех же условиях.

Исследователи протестировали материал в лабораторных полуэлементах, в которых тестовый анод соединен с литий-металлическим противоэлектродом. Анод, состоящий на 95% из графита и на 5% из диоксида кремния, показал емкость 370,34 мА·ч/г после 100 циклов при силе тока 0,1 А/г по сравнению с 308,24 мА·ч/г у чистого графита. Кулоновская эффективность смешанного анода в первом цикле, то есть доля заряда, восстановленного в первом цикле, составила 86,17 % по сравнению с 79,14 % для чистого графита. При более высоком токе в 1,0 А/г смешанный анод сохранил 24,6 % своей емкости, что примерно в два раза больше, чем 12,5 % у чистого графита.

Элементный анализ показал, что в кремнеземе содержится около 4 % натрия и менее 1 % алюминия. Исследователи связали это с остатками прекурсоров и отходами производства панелей. По их словам, уровень примесей в готовом электроде был слишком низким, чтобы заметно повлиять на его характеристики, при этом они отметили, что их метод измерения является полуколичественным.

Кремнезем тестировался в исходном виде, без преобразования в кремний, который может удерживать гораздо больше лития. По словам исследователей, в будущем необходимо сосредоточиться на превращении наночастиц в кремний и тестировании их в качестве кремниевых анодных материалов.

Исследование под названием «Синтез наночастиц диоксида кремния из отслуживших свой срок солнечных панелей с помощью модифицированного процесса Штёбера для анодов литий-ионных аккумуляторов» было недавно опубликовано в Международном журнале электрохимической науки. Оно было профинансировано Корейским институтом окружающей среды, промышленности и технологий в рамках исследовательского проекта по переработке солнечных панелей Министерства климата, энергетики и окружающей среды Южной Кореи, а также за счет гранта Национального исследовательского фонда Кореи, предоставленного Министерством науки и информационно-коммуникационных технологий.

Аналогичные способы переработки солнечных батарей в материалы для аккумуляторов были опробованы в других странах, в том числе исследователями из Австралии в 2023 году. В Южной Корее исследователи из Национального университета Кёнсан в 2024 году разработали процесс извлечения высокочистого кремниевого порошка из отслуживших свой срок панелей для переработки в такие соединения, как оксид кремния. Правила расширенной ответственности производителей фотоэлектрических модулей, действующие в стране с 2023 года, позволили переработать 688 метрических тонн за первый год, что более чем в четыре раза превышает целевой показатель.

Challenger A12-55 https://invertory.ru/product/akkumuljator-challenger-a12-55/