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光伏面板退役后,如何实现更加环保的回收再利用?

来源: admin 发布于:2022-06-09 08:05:40

太阳能电池板回收过程:有两种主要类型的太阳能电池板,需要不同的回收方法。两种类型硅基和薄膜基都可以使用不同的工业过程进行回收。目前,硅基电池板更为普遍,但这并不意味着薄膜基电池的材料没有很大价值。关于回收太阳能电池板主题的研究产生了许多技术。其中一些甚至达到了惊人的96% 回收效率。事实上,如果不进行回收处理,到2050 年将有6000 万吨光伏电池板废料躺在垃圾填埋场;由于所有光伏电池都含有一定量的有毒物质,这将真正成为一种不太可持续的能源获取方式。

硅基光伏电池板的回收过程:从拆卸实际产品以分离铝和玻璃部件开始。几乎所有(95%) 的玻璃都可以重复使用,而所有外部金属部件都用于重新成型电池框架。其余材料在热处理单元中在 500°C 下进行处理,以减轻电池元件之间的结合。由于极热,封装塑料会蒸发,从而使硅电池准备好进行进一步加工。配套技术确保即使这种塑料也不会被浪费,因此它被重新用作进一步热处理的热源。热处理后,绿色硬件被物理分离。其中 80% 可以很容易地重复使用,而其余的则进一步精制。使用酸蚀刻掉硅颗粒(称为晶片)。破碎的晶圆被熔化再次用于制造新的硅模块,从而使硅材料的回收率达到 85%。

基于薄膜的面板的回收过程:首先是将它们放入碎纸机中。之后,锤磨机确保所有颗粒不大于 4-5 毫米,这是将内部材料保持在一起的层压破裂的尺寸,因此可以去除。与硅基光伏面板相反,剩余的物质由固体和液体材料组成。为了分离这些,使用了旋转螺杆,它基本上保持固体部分在管内旋转,而液体滴入容器中。液体经过沉淀和脱水过程以确保纯度。所得物质经过金属处理以完全分离不同的半导体材料。后一步取决于生产面板时使用的实际技术;然而,平均95% 的半导体材料被重复使用。固体物质被所谓的夹层材料污染,夹层材料质量较轻,可以通过振动表面去除。最后,材料经过漂洗。剩下的是纯玻璃,节省了 90% 的玻璃元件,便于再制造。

近期发表的一项新研究表明,在太阳能电池板中起着重要作用的硅元素,竟可在锂电池中发挥令人意想不到的效果。

此前,尽管光伏产业有着积极阳光的一面,但还是在环保回收上遭到了大量的批评。

现在,澳大利亚的科学家们,已经想到了如何重新利用最棘手、但又最有价值的其中一种组件 它就是半导体硅材料。

【某些太阳能电池板组件,比其它部分更易于回收。资料图,来自:Tesla】

研究团队称,一块太阳能电池板可服役 15~25 年。尽管其中大部分为玻璃、金属和塑料,但其中的硅元素却不那么容易被提取和再利用。

每块光伏面板使用的硅含量很少,但专家预测,到 2050 年的时候,我们将产生 500 万吨的光伏面板废料。有鉴于此,追求一种全面的回收策略,就很值得考量了。

作为负责将太阳能转换成电子的材料,硅在光伏面板中起着至关重要的作用,但其价值可能不止于此。

澳大利亚迪肯大学(Deakin University)的材料科学家表示,他们不仅提出了一种将其提取再利用的方法,还证明了将之作为高能电池阳极的潜力。

Mokhlesur Rahman 博士在接受 New Atlas 采访时称:来自世界各地的一些研究小组,已经在主动地开发回收工艺,以便从废弃光伏(PV)面板中回收元素和零部件。

遗憾的是,即使已经回收了诸多元素,但仍未有人研究在将硅元素回收后、将其转换为纳米硅、并用于电池技术的后续应用。

有鉴于此,Rahman 及其研究伙伴 Chen Chen 教授,提出了一种利用废弃硅的电子转移能力、并使之重获新生的技术。

本质上,这项技术围绕与将硅还原为纳米级材料、以适合锂离子电池应用。该过程可让材料具有不规则的形状,但正如 Rahman 解释的那样,这可能是一件好事。

Rahman 指出:“据推测,所获得的纳米硅材料的尺寸和形状可能不太均匀,因为通过各种步骤回收纳米硅时,会发生形态和结构缺陷”。

不过这种类型的纳米硅,可以提供比商业纳米硅更多的好处。形状和尺寸不均,意味着这些硅纳米颗粒内部有更多的自由空间、额外的孔隙度,以促进电解质的运输。

如此一来,其能够更好地适应锂离子电池充放电循环过程中发生的体积膨胀和收缩。研究人员称,在相同的空间内,其纳米硅能够实现 10 倍于普通硅的能量储存。

依照现阶段的理论,这可带来性能更强的锂离子电池。不过初步研究表明,回收硅至少具有与商用硅相同的性能,为硅材料提供了一种新的回收再利用途径。

据悉,目前硅材料的价格,每公斤在 4.4 万澳元(21 万 RMB)左右,约合 3 万美元 / 2.2 磅。

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