Tái chế chất thải thủy tinh năng lượng mặt trời để sử dụng trong pin lithium thể rắn
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Nanyang đã nghiền chất thải thủy tinh tấm pin mặt trời để sử dụng làm catốt trong pin lithium kim loại thể rắn. Khi được sử dụng làm chất độn chức năng trong vật liệu điện phân polymer rắn (SPE), hiệu suất pin thu được được duy trì trong hơn 80 chu kỳ sạc với mức cải thiện 8,3% so với thiết bị tham chiếu.
Ảnh: tạp chí pv
Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Nanyang ở Singapore đã phát triển một quy trình sử dụng chất thải thủy tinh tấm pin mặt trời làm nguyên liệu thô cho catốt trong pin lithium kim loại thể rắn.
Bằng cách nghiền chất thải thủy tinh năng lượng mặt trời thành các hạt có kích thước nano, họ có thể xử lý nó để sử dụng làm chất độn vô cơ chức năng trong vật liệu điện phân polymer rắn (SPE) gốc polyethylene oxide (PEO). SPE thu được cho thấy độ ổn định điện hóa và độ dẫn ion được cải thiện.
Pin được chế tạo bằng SPE chứa 2% khối lượng hạt nano thủy tinh vẫn giữ được dung lượng 123,07 mAh g⁻¹, cho thấy sự cải thiện 8,3% so với tham chiếu.
Để việc tái chế các tấm pin mặt trời hết vòng đời (EoL) trở nên hấp dẫn hơn về mặt tài chính và bền vững hơn, các nhà nghiên cứu đã và đang nghiên cứu việc tái chế, chế biến vật liệu tấm pin thải thành các sản phẩm có giá trị cao, đồng thời cố gắng tránh các quy trình nhiệt độ cao.
Trong một trong những trường hợp gần đây nhất, các nhà nghiên cứu của Đại học Công nghệ Nanyang tại Singapore đã đề xuất tái sử dụng kính trong các ứng dụng lưu trữ năng lượng, lưu ý rằng đây là thành phần tấm pin nặng nhất trong vòng đời (EoL) và còn thiếu các ứng dụng tái chế giá trị.
“Nghiên cứu của chúng tôi chứng minh rằng kính mặt trời thải từ các tấm pin mặt trời hết vòng đời (EoL) có tiềm năng đầy hứa hẹn trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng, đặc biệt là khi được sử dụng làm phụ gia chức năng trong chất điện phân polyme rắn (SPE)”, tác giả liên hệ, Yeow Boon Tay, chia sẻ với tạp chí pv, đồng thời cho biết thêm rằng các phương pháp tái chế kính mặt trời thông thường thường tiêu tốn nhiều năng lượng và không khả thi về mặt kinh tế.
Boon Tay cho biết: “Bằng cách tái sử dụng trực tiếp hoặc tái chế kính năng lượng mặt trời thành vật liệu nano chức năng, nghiên cứu này thúc đẩy một phương pháp tiếp cận bền vững và tuần hoàn hơn, kết nối hai ngành công nghiệp đang phát triển nhanh chóng - năng lượng mặt trời và lưu trữ năng lượng”.
Nghiên cứu, được trình bày chi tiết trong bài báo “Tái sử dụng chất thải năng lượng mặt trời cuối vòng đời cho pin lithium kim loại thể rắn”, được công bố trên tạp chí Tài nguyên, Bảo tồn và Tái chế, mô tả việc sử dụng các hạt nano kính năng lượng mặt trời làm vật liệu độn SPE trơ, tiết kiệm chi phí và bền vững để sử dụng trong các mẫu catốt lithium sắt phosphate (LFP).
Theo Boon Tay, công nghệ SPE được coi là “yếu tố then chốt” cho pin thể rắn thế hệ tiếp theo nhờ tính an toàn và hiệu suất được cải thiện.
Nhóm nghiên cứu cho biết: “Để cô lập kính năng lượng mặt trời khỏi PV, chúng tôi đã sử dụng phương pháp ngâm dung môi và cắt dây để cô lập kính, tránh các phương pháp nhiệt tiêu tốn năng lượng thường được sử dụng để loại bỏ chất đóng gói ethylene vinyl acetate (EVA)”. Sau đó, họ sử dụng quy trình nghiền bi để nghiền kính vỡ thành kích thước khoảng 300 nm mà không sử dụng hóa chất độc hại. Theo nghiên cứu, các hạt nano này sau đó được kết hợp làm chất độn vào vật liệu SPE gốc polyethylene oxide (PEO), một loại vật liệu SPE thường được sử dụng.
“Phương pháp của chúng tôi sử dụng một phương pháp vật lý đơn giản và trực tiếp để chuyển đổi kính năng lượng mặt trời thải thành các hạt nano, tránh các quy trình tổng hợp sử dụng nhiều hóa chất. Điều này làm cho quy trình tiết kiệm chi phí hơn đáng kể và ít tiêu tốn năng lượng hơn so với các phương pháp sản xuất chất độn trơ truyền thống. Ngoài ra, bằng cách sử dụng thủy tinh tái chế làm nguyên liệu thô, tổng lượng khí thải carbon được giảm đáng kể, nâng cao tính bền vững của nó”, Boon Tay cho biết.
Nhóm nghiên cứu nhận thấy SPE biến tính bằng thủy tinh có độ ổn định điện hóa tăng lên và độ dẫn ion được cải thiện. “Cụ thể, độ dẫn ion của PEO nguyên chất với SPE LiTFSI (muối lithium), được đo ở mức 9,66 × 10⁻⁶ S/cm ở nhiệt độ phòng, đã tăng lên 1,10 × 10⁻⁵ S/cm khi bổ sung 2% khối lượng hạt nano thủy tinh”, nghiên cứu cho biết.
Pin lithium kim loại đã được chế tạo từ SPE thu được và được các nhà nghiên cứu đánh giá hiệu suất. Kết quả cho thấy độ ổn định chu kỳ vượt trội đối với SPE chứa hạt nano thủy tinh. Sau 80 chu kỳ, dung lượng riêng của mẫu tham chiếu giảm xuống còn 113,60 mAh/g, trong khi mẫu chứa 2% khối lượng hạt nano thủy tinh vẫn giữ được dung lượng 123,07 mAh/g, cho thấy sự cải thiện 8,3%.
Họ kết luận: "Những phát hiện này nhấn mạnh tiềm năng tái sử dụng chất thải thủy tinh từ các tấm pin mặt trời thành vật liệu nano chức năng cho các ứng dụng SPE".
Khi được hỏi về những bước tiếp theo của nhóm nghiên cứu, Boon Tay cho biết trọng tâm là phát triển các phương pháp tác động thấp để thu hồi và tái sử dụng vật liệu chất lượng cao từ các tấm pin mặt trời đã hết hạn sử dụng, đặc biệt là các ứng dụng lưu trữ năng lượng. "Ngoài nghiên cứu này, chúng tôi cũng đã phát triển các quy trình nhiệt độ thấp để tái chế silicon thu hồi thành cực dương của pin lithium-ion, hỗ trợ một nền năng lượng tái tạo tuần hoàn và bền vững hơn. hệ sinh thái”, Boon Tay cho biết.
