Reutilização de silício de módulos fotovoltaicos em fim de vida útil para baterias

Cientistas na China propuseram usar silício reciclado de células solares descartadas para construir ânodos para baterias. Eles combinaram o pó de silício reciclado com grafite e criaram um material composto que supostamente exibe um desempenho eletroquímico notável. O processo pode aumentar em 18 vezes o potencial de geração de receita com a recuperação de materiais.

Diagrama esquemático da reciclagem de silício em módulos fotovoltaicos em fim de vida útil para preparar material de ânodo composto de silício de alto desempenho

Imagem: Kunming University of Science and Technology

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Da pv magazine Global 
Cientistas liderados pela Universidade de Ciência e Tecnologia de Kunming, na China, propuseram a reutilização de silício de células solares descartadas para desenvolver materiais de ânodo compostos de silício-carbono que poderiam ser usados em ânodos de bateria.
“O objetivo do nosso trabalho foi propor um método de reciclagem simples e eficaz destinado a realizar a reutilização de materiais de silício com valor agregado em módulos fotovoltaicos em fim de vida”, disse o principal autor da pesquisa, Shaoyuan Li, à pv magazine. “De acordo com os métodos técnicos convencionais atuais, como lixiviação ácida e alcalina, de uma tonelada de módulos fotovoltaicos em fim de vida útil é possível recuperar 40 kg de material de silício, o que pode gerar uma receita líquida de US$ 104,9. Se o material de silício reciclado for combinado com grafite usando um processo simples de moagem para obter um ânodo composto de silício-carbono, pode gerar uma receita de US$ 1.883″.
No estudo “Ânodos de carbono de silício de alto desempenho com base na estratégia de reciclagem de valor agregado de módulos fotovoltaicos em fim de vida”, publicado na Energy, os pesquisadores explicaram que o pó de silício residual (W-Si) necessário para os ânodos da bateria era obtido pela pulverização de fragmentos de células solares com um moinho de vibração.
As células foram previamente desmontadas mecanicamente dos módulos e depois cortadas em fragmentos de 6 mm x 6 mm. Esses fragmentos foram então embebidos em uma solução de tolueno por 24 horas para dissolver o encapsulante de etileno vinil acetato (EVA).
“Para remover ainda mais o EVA, os fragmentos de células envoltos em EVA foram colocados em um forno de tubo para pirólise a 550 C por 2 h sob atmosfera de argônio”, disseram eles. “Água deionizada e etanol foram usados para limpeza ultrassônica várias vezes para obter fragmentos de células solares”.

Com esses fragmentos, o grupo de pesquisa desenvolveu o pó de silício residual combinando o silício reciclado com grafite usando um processo simples de moagem de bolas. O material compósito resultante, chamado W-Si-rM@G, mostrou um notável desempenho eletroquímico, disseram.

“Uma capacidade de descarga inicial de até 1.770 mA h g-1, manteve uma boa capacidade específica de 913 mA h g-1 após 200 ciclos a uma densidade de corrente de 500 mA g-1 e a eficiência coulômbica média atingiu 98,99%, o que foi uma perda de capacidade de apenas 0,24%”, explicou Li, observando que o uso de grafite criou um espaço tampão para a expansão do volume de silício, o que aumentou a estabilidade cíclica do material. “O grafite tinha um bom contato com as partículas de silício, e a introdução do grafite melhorou muito a condutividade elétrica do material de silício”.

Olhando para o futuro, os cientistas disseram que é necessário trabalho adicional para construir uma indústria de reciclagem de valor agregado completa e eficiente para módulos fotovoltaicos em fim de vida, enfatizando as dificuldades atuais de estabelecer negócios lucrativos neste setor sem apoio público. “A reciclagem de módulos fotovoltaicos em fim de vida tem certa viabilidade econômica, mas não é econômica o suficiente para manter o bom funcionamento de um empreendimento”, afirmaram.

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