Инженерите от MIT рециклират стари батерии в слънчеви клетки

ТЕМИ:
Технологии на батериите, Зелени технологии, Материалознание, Фотоволтаици, Слънчеви клетки
От ДАВИД Л. ЧАНДЛЪР, МАСАХУСЕТСКИ ИНСТИТУТ ПО ТЕХНОЛОГИИ 18 АВГУСТ 2014

Инженерите от Масачузетския технологичен институт рециклират опасни отпадъчни материали от изхвърлени акумулатори за автомобили, разкривайки, че оловото от един автомобилен акумулатор може да произведе достатъчно слънчеви панели, за да осигури енергия за 30 домакинства.

Това може да бъде класическо печелившо решение: Система, предложена от изследователи от MIT, рециклира материали от изхвърлени акумулатори за автомобили-потенциален източник на оловно замърсяване-в нови, дълготрайни слънчеви панели, които осигуряват енергия без емисии.

Системата е описана в статия в списанието Energy and Environmental Science, в съавторство с професорите Angela M. Belcher и Paula T. Hammond, аспирантката Po-Yen Chen и три други. Тя се основава на скорошно развитие в слънчевите клетки, което използва съединение, наречено перовскит - по -специално, олово -халогениден перовскит - технология, която бързо напредва от първоначалните експерименти до точка, в която ефективността му е почти конкурентна на тази на други видове слънчеви клетки.

„От първоначалните демонстрации се стигна до добра ефективност за по -малко от две години“, казва Белчер, W.M. Кек, професор по енергетика в MIT. Вече фотоволтаичните клетки на базата на перовскит са постигнали ефективност на преобразуване на мощността от над 19 процента, което е близко до това на много търговски слънчеви клетки на базата на силиций.

Изследователите от MIT показват как се рециклират материали от стари акумулатори за автомобили в нови слънчеви панели.

Първоначалните описания на перовскитната технология идентифицират използването на олово, чието производство от сурови руди може да произвежда токсични остатъци, като недостатък. Но като се използва рециклиран олово от стари акумулатори за автомобили, вместо това производственият процес може да се използва за отклоняване на токсичните материали от депата и повторната им употреба във фотоволтаични панели, които биха могли да продължат да произвеждат енергия в продължение на десетилетия.

Удивително, тъй като фотоволтаичният материал от перовскит е под формата на тънък филм с дебелина само половин микрометър, анализът на екипа показва, че оловото от една батерия за кола може да произвежда достатъчно слънчеви панели, за да осигури енергия за 30 домакинства.

Като допълнително предимство, производството на слънчеви клетки от перовскит е сравнително прост и доброкачествен процес. „Той има предимството, че е нискотемпературен процес, а броят на стъпките е намален“ в сравнение с производството на конвенционални слънчеви клетки, казва Белчер.

Тези фактори ще помогнат да се направи „лесно да се стигне до голям мащаб евтино“, добавя Чен.

Натрупване на батерии напред

Една от мотивациите за използване на оловото в старите автомобилни батерии е, че технологията на батериите претърпява бърза промяна, като нови, по-ефективни видове, като литиево-йонни батерии, бързо превземат пазара. „След като технологията за батерии се развие, над 200 милиона оловно-киселинни батерии потенциално ще бъдат изтеглени в Съединените щати и това може да причини много екологични проблеми“, казва Белчер.

Днес тя казва, че 90 процента от оловото, възстановено от рециклирането на стари батерии, се използва за производство на нови батерии, но с течение на времето пазарът на нови оловно-киселинни батерии вероятно ще намалее, което потенциално ще остави голям запас от олово без очевидни приложение.

В завършен слънчев панел, оловният слой ще бъде напълно капсулиран от други материали, както днес са много слънчеви панели, ограничавайки риска от замърсяване на околната среда с олово. Когато панелите в крайна сметка се изтеглят, оловото може просто да се рециклира в нови слънчеви панели.

„Процесът на тяхното капсулиране ще бъде същият като при полимерните клетки днес“, казва Чен. „Тази технология може лесно да бъде преведена“

„Важно е да вземем предвид жизнения цикъл на материалите в мащабни енергийни системи“, казва Хамънд. „И тук ние вярваме, че чистата простота на подхода предвещава добра търговска реализация.“

Старото олово е като ново

Белчер вярва, че рециклираните слънчеви клетки от перовскит ще бъдат възприети от други изследователи на фотоволтаиката, които сега могат да прецизират технологията за максимална ефективност. Работата на екипа ясно демонстрира, че оловото, извлечено от стари батерии, е също толкова добро за производството на перовскитни слънчеви клетки, колкото и прясно произведен метал.

Някои компании вече се подготвят за търговско производство на фотоволтаични панели от перовскит, които иначе биха могли да изискват нови източници на олово. Тъй като това може да изложи миньорите и топилните предприятия на токсични изпарения, въвеждането на рециклиране вместо това би могло да осигури незабавни ползи, казва екипът.

Ян Ян, професор по материалознание и инженерство в Калифорнийския университет в Лос Анджелис, който не е участвал в това изследване, казва: „Уау, какъв интересен документ, който превръща отпадъците от една система в ценен ресурс за друг! Мисля, че работата, демонстрирана тук, може да реши голям проблем с промишлените отпадъци и да предложи решение за бъдеща възобновяема енергия.

Работата, която включваше и изследовател Джифа Ци, аспирант Матю Клуг и докторант Сианян Данг, беше подкрепена от италианската енергийна компания Eni чрез енергийната инициатива на MIT.

Публикация: Po-Yen Chen, et al., „Екологично отговорно производство на ефективни перовскитни слънчеви клетки от рециклирани акумулатори на автомобили,“ Energy & Environmental Science, 2014; DOI: 10.1039/C4EE00965G