de.wedoany.com-Bericht: Ein indisches Forschungsteam hat ein neuartiges Recyclingverfahren entwickelt, um aus ausgedienten kristallinen Silizium-Solarzellen Silizium und natives Siliziumdioxid (SiO₂) zurückzugewinnen und diese als Elektrodenmaterialien in Energiespeicheranwendungen einzusetzen. Die Studie konzentriert sich auf die Bewertung des Einflusses verschiedener Substrate in Kombination mit recyceltem Silizium auf den Ladungsspeichermechanismus.
Die Forscher weisen darauf hin, dass der signifikante Anstieg der kumulierten installierten Photovoltaik-Kapazität zu einer starken Zunahme ausgedienter Module geführt hat, was dringend nachhaltige Abfallmanagementlösungen erfordert. Diese Studie schlägt einen umweltfreundlichen Ansatz vor, bei dem recycelte Photovoltaik-Abfälle in Elektrodenmaterialien für lithiumionenbasierte elektrochemische Systeme integriert werden, wobei der Schwerpunkt auf der Analyse des substratabhängigen faradayschen Ladungsspeicherverhaltens liegt. Das Recyclingverfahren beginnt mit der manuellen Demontage und Entfernung der Aluminiumrahmen der ausgedienten Module, gefolgt von einer Wärmebehandlung bei 480 °C, um die EVA-Verkapselungsfolie, die Rückseitenfolie und verbleibende Glasreste zu zersetzen und zu entfernen. Anschließend werden die zurückgewonnenen Siliziumzellenfragmente separiert und bei 450 U/min 6 Stunden lang kugelgemahlen, um ein mikrometergroßes Pulver zu erhalten, das nacheinander mit Natriumhydroxid (NaOH) und Salzsäure (HCl) einer alkalischen und sauren Laugung zur Reinigung unterzogen wird. Durch Optimierung des NaOH:HCl-Molverhältnisses wurde bei einem Verhältnis von 1:1,25 die höchste Siliziumrückgewinnungsrate von etwa 97,75 % erzielt. Das gereinigte Pulver wird mit Kohlenstoffnanoröhren (CNT) als leitfähigem Additiv, Polyvinylidenfluorid (PVDF) als Bindemittel und N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) als Lösungsmittel im Gewichtsverhältnis 80:10:10 zu einer Paste vermischt, die auf Kupferfolie, Indiumzinnoxid (ITO)-beschichtetem Glas und Graphitfolie als Stromkollektoren aufgetragen und anschließend bei 90–100 °C im Vakuum getrocknet wird.
Das Forschungsteam charakterisierte die recycelten Materialien mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), Röntgenbeugung (XRD), Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF) und Raman-Spektroskopie, während gleichzeitig Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), Rasterelektronenmikroskopie (SEM), energiedispersive Röntgenanalyse (EDX) und Rasterkraftmikroskopie (AFM) für die morphologische Analyse eingesetzt wurden. Die thermogravimetrische Analyse (TGA) diente der thermischen Charakterisierung, die Brunauer-Emmett-Teller (BET)-Analyse bestimmte die spezifische Oberfläche, und die elektrochemische Leistung wurde mittels zyklischer Voltammetrie (CV), elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS) und galvanostatischer Ladungs-/Entladungszyklen (GCD) bewertet. Die Forscher berichten, dass die auf Kupferfolie und ITO hergestellten Elektroden ein diffusionskontrolliertes batterieähnliches Verhalten zeigten, während die Elektroden auf Graphitsubstrat kapazitive Ladungsspeichereigenschaften aufwiesen. Zyklische Voltammetrie und elektrochemische Impedanzspektroskopie bestätigten gute Grenzflächeneigenschaften, und die galvanostatischen Ladungs-/Entladungstests zeigten eine stabile Leistung über 500 Zyklen. Die spezifischen Kapazitätswerte der Elektroden auf Kupferfolie, ITO und Graphitsubstrat betrugen 143,23 F g⁻¹, 30,53 F g⁻¹ bzw. 163,92 F g⁻¹. Das Forschungsteam fasst zusammen, dass die auf Kupferfolie und ITO hergestellten Elektroden für siliziumbasierte Elektroden in lithiumionenbasierten elektrochemischen Systemen geeignet sind, während die graphitbasierten Elektroden Potenzial für nachhaltig angetriebene Energiespeicheranwendungen zeigen.
Die Forschungsergebnisse wurden als wissenschaftlicher Artikel mit dem Titel „Recycling of solar cells recovered from waste panels into efficient silicon-based composite electrodes for energy-storage applications“ in RSC Sustainability veröffentlicht. Forscher des indischen National Physical Laboratory (CSIR) und der indischen Academy of Scientific and Innovative Research (AcSIR) waren an dieser Arbeit beteiligt.
