استعادة السيليكون عالي النقاء من الألواح الشمسية وإنتاج بطاريات ليثيوم أيون بمعدل أسرع

ابتكر علماء من جامعة نانيانج التكنولوجية في سنغافورة (NTU Singapore) طريقة فعالة لاستعادة السيليكون عالي النقاء من الألواح الشمسية منتهية الصلاحية، لإنتاج بطاريات ليثيوم أيون، يمكن أن تساعد في تلبية الطلب العالمي المتزايد على تشغيل السيارات الكهربائية.

يشكل السيليكون عالي النقاء غالبية الخلايا الشمسية، ومع ذلك يتم التخلص منها عادةً في نهاية عمرها التشغيلي بعد 25 إلى 30 عامًا.

من الصعب فصل السيليكون عن مكونات الخلايا الشمسية الأخرى مثل الألومنيوم والنحاس والفضة والرصاص والبلاستيك، علاوة على ذلك، فإن السيليكون المعاد تدويره به شوائب وعيوب، مما يجعله غير مناسب للتقنيات الأخرى المعتمدة على السيليكون.

الطرق الحالية لاستعادة السيليكون عالي النقاء تستهلك الكثير من الطاقة، وتتضمن مواد كيميائية شديدة السمية، مما يجعلها باهظة الثمن، وتحد من اعتمادها على نطاق واسع بين القائمين على إعادة التدوير.

التغلب على التحديات

وتغلب باحثو جامعة تايوان الوطنية على التحديات من خلال طريقة استخلاص جديدة باستخدام حمض الفوسفوريك، وهي مادة شائعة الاستخدام في صناعة الأغذية والمشروبات.

أظهر نهج NTU معدل استرداد ونقاء أعلى من تقنيات استرداد السيليكون الحالية. كما أن هذه العملية أكثر كفاءة، حيث تتضمن كاشفًا واحدًا فقط (حمض الفوسفوريك)، في حين تشتمل الطرق التقليدية على نوعين على الأقل من المواد الكيميائية (شديدة الحموضة وشديدة القلوية).

معدل استرداد مرتفع للسيليكون النقي

قال الباحث الرئيسي في الدراسة، الأستاذ المشارك نريبان ماثيوز، رئيس قسم علوم وهندسة المواد ومدير مجموعة معهد أبحاث الطاقة، ” إن نهجنا في استعادة السيليكون يتسم بالكفاءة والفعالية، “لم نضطر إلى استخدام مواد كيميائية متعددة، مما يقلل من الوقت المستغرق في المعالجة اللاحقة للنفايات الكيميائية، وفي الوقت نفسه، حققنا معدل استرداد مرتفع للسيليكون النقي يضاهي تلك التي تنتجها تقنيات الاستخراج كثيفة الاستهلاك للطاقة.”

في حين أن استخدام الطاقة الشمسية المتجددة قد ارتفع على مدى العقود القليلة الماضية، فإن العمر المحدود للألواح الشمسية الذي يبلغ 30 عامًا يعني أن 78 مليون طن من الألواح الشمسية من المقرر أن تنتهي صلاحيتها بحلول عام 2050.
يعتقد فريق البحث في جامعةNTU ، أن طريقة استعادة السيليكون الخاصة بهم يمكن أن تحل المشكلة المتزايدة لنفايات الألواح الشمسية عن طريق الحفاظ على الموارد في حلقة.

ونشرت الدراسة في مجلة مواد الطاقة الشمسية والخلايا الشمسية .

استعادة السيليكون عالي النقاء من الألواح الشمسية

تعزيز نمو بطاريات الليثيوم أيون للسيارات الكهربائية

يعتبر السيليكون أحد أكثر المواد الواعدة للجيل القادم من بطاريات الليثيوم أيون لتشغيل السيارات الكهربائية نظرًا لقدرته على توفير نطاق ممتد وأوقات شحن سريعة.

مع تسابق شركات صناعة السيارات لتطوير بطاريات الليثيوم أيون القائمة على السيليكون للمركبات الكهربائية المتقدمة، يعتقد فريق البحث في جامعة NTU ، أن طريقة استرداد السيليكون المطورة حديثًا يمكن أن تدعم الطلب المتوقع على السيليكون عالي النقاء.

يتضمن نهج NTU أولاً نقع الخلايا الشمسية منتهية الصلاحية في حمض الفوسفوريك المخفف الساخن لمدة 30 دقيقة لإزالة المعادن (الألومنيوم والفضة) من أسطحها.

يتم تكرار هذه العملية باستخدام حامض الفوسفوريك الطازج لضمان الإزالة الكاملة للمعادن، مما ينتج عنه رقاقة سيليكون نقية في نهاية 30 دقيقة أخرى.

وباستخدام التحليلات الطيفية المتقدمة لتقييم المحتوى العنصري للرقاقة المستردة، وجد الباحثون أن عينتهم حققت معدل استرداد قدره 98.9 % بنقاء 99.2 %- وهي نتائج مماثلة للسيليكون المستعاد من خلال الطرق المتاحة حاليًا.

عندما تمت إعادة تدوير السيليكون المستعاد إلى أنود بطارية ليثيوم أيون واختبار كفاءته، كان أداؤه مشابهًا للسيليكون الجديد الذي تم شراؤه تجاريًا.

الأسرع والأرخص في استعادة السيلكون

وقال المؤلف الرئيسي للدراسة، الدكتور سيم ينج، زميل الأبحاث في معهد أبحاث الطاقة بجامعة NTU ، إن الأداء المقارن بين بطارية أيون الليثيوم القائمة على السيليكون المعاد تدويرها والبطاريات التي تم شراؤها حديثًا يثبت أن نهج NTU ممكن، نحن ” نتصور أن طريقتنا الأسرع والأرخص في استعادة السيليكون ستكون بمثابة دفعة إيجابية لتطوير بطاريات السيارات الكهربائية، وبصرف النظر عن السيارات الكهربائية، هناك أيضًا تطبيقات محتملة مثل الأجهزة الكهروحرارية.”

تابعنا على تطبيق نبض