de.wedoany.com-Bericht: Forschende der Universität Newcastle in Australien haben gemeinsam mit CSIRO Energy und PV Industries systematisch die elektrochemischen Faktoren untersucht, die die Silberrückgewinnungseffizienz beim Recycling von Solarmodulen beeinflussen. Dabei lag der Schwerpunkt auf der Analyse der Wirkung von Elektrodenmaterialien, Stromdichte und Kupferverunreinigung auf die elektrochemische Abscheidung von Silber.
Das Forschungsteam wies darauf hin, dass Silber zwar nur etwa 0,03 % des Gewichts von Photovoltaikmodulen ausmacht, aber die Hälfte des Materialwerts der Module beisteuert. Nach aktuellen Szenarien könnten bis 2050 zwischen 85 % und 95 % der weltweiten Silberreserven in Photovoltaikmodulen gebunden sein. Obwohl frühere Literatur bereits experimentelle Untersuchungen zur elektrochemischen Rückgewinnung von Silber aus Photovoltaikzellen durchgeführt hat, gibt es weiterhin nur wenige Studien zu den Wirkmechanismen der zugrunde liegenden Prozessvariablen.
Im Experiment stellte das Team eine Silberlaugungselektrolytlösung mit 4 M Salpetersäure (HNO₃) und 20 mM Silbernitrat (AgNO₃) her, um die aus recycelten Solarzellen gelöste Silberlösung zu simulieren. Diese Elektrolytlösung wurde anschließend in einer Dreielektroden-Elektrochemiezelle mit vier Kathodenmaterialien – Silber, 316L-Edelstahl, Kupfer und Graphit – bewertet. Nach der Bestimmung des optimalen Elektrodenmaterials analysierten die Forschenden weiterhin den Einfluss von Stromdichte und Kupferkonzentration auf die Silberabscheidung. Die Stromdichte wurde auf −5, −20, −35 und −50 mA cm⁻² eingestellt, die Kupferkonzentration in der Elektrolytlösung auf 10, 20 und 30 mM reguliert. Silberrückgewinnungsrate, Faraday-Effizienz, Abscheidungspotenzial, Morphologie und Reinheit der Abscheidungen wurden mittels Gravimetrie, zyklischer Voltammetrie, Rasterelektronenmikroskopie (REM), energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDS) und Röntgenbeugung (XRD) charakterisiert.
Die Ergebnisse zeigten, dass die Edelstahlelektrode eine mit der Silberelektrode vergleichbare Leistung erbrachte, eine durchschnittliche Rückgewinnungsrate von 93 % und eine Faraday-Effizienz von 92 % erreichte, dabei eine höhere Stabilität aufwies und das abgeschiedene Silber nicht verunreinigt war. Die Kupferelektrode war in der Elektrolytlösung instabil und löste sich während der Abscheidung auf; die Graphitelektrode konnte keine stabilen Silberabscheidungen erzeugen.
Nachdem 316L-Edelstahl als am besten geeignetes Elektrodenmaterial bestimmt worden war, untersuchte das Team dessen Leistung bei verschiedenen Stromdichten. Es zeigte sich, dass eine Erhöhung der Stromdichte sowohl die Silberrückgewinnungsrate als auch die Faraday-Effizienz steigerte – von 87 % und 86 % bei −5 mA cm⁻² auf 93 % und 96 % bei −35 mA cm⁻². Oberhalb dieses Werts fielen jedoch beide Kennzahlen wieder ab. Darüber hinaus beeinflusste die Stromdichte die Morphologie der Abscheidungen erheblich: Mit zunehmender Stromdichte tendierten die Partikelgrößen der Abscheidungen zu einer Verkleinerung.
Die Forschung zeigte außerdem, dass die Kupferkonzentration in der Elektrolytlösung einen signifikanten Einfluss auf das elektrochemische Verhalten des Systems hat, was durch zyklische Voltammetrie-Messungen bestätigt wurde. Die Kupferkonzentration scheint auch die Keimbildung und den Abscheidungsprozess von Silber zu beeinflussen und verändert dadurch die Morphologie der Abscheidungen. Allerdings wurde im getesteten Konzentrationsbereich (bis zu 30 mM Kupfer und 20 mM Silber) keine Co-Abscheidung von Kupfer im abgeschiedenen Silber beobachtet.
Die entsprechenden Ergebnisse wurden unter dem Titel „A parametric analysis of electrochemical variables in silver recovery for solar module recycling“ in der Fachzeitschrift Electrochimica Acta veröffentlicht.
