Pramonės naujienos

MIT inžinieriai perdirba senas baterijas į saulės elementus

2021-06-16
TEMOS:
Baterijų technologija, žalioji technologija, medžiagų mokslas, fotovoltinė energija, saulės elementai
DAVID L. CHANDLER, MASSACHUSETTS TECHNOLOGY INSTITUTEE 2014 RUGPJŪČIO 18 D.



MIT inžinieriai perdirba pavojingas atliekas iš išmestų automobilių akumuliatorių, atskleisdami, kad švinas iš vieno automobilio akumuliatoriaus gali pagaminti pakankamai saulės baterijų, kad galėtų tiekti energiją 30 namų ūkių.

Tai galėtų būti klasikinis sprendimas, iš kurio visi laimėtų: MIT tyrėjų pasiūlyta sistema perdirba medžiagas iš išmestų automobilių akumuliatorių-galimo švino taršos šaltinio-į naujas, ilgaamžes saulės baterijas, kurios tiekia energiją be išmetamųjų teršalų.

Sistema aprašyta žurnale „Energy and Environmental Science“, kurio autoriai yra profesoriai Angela M. Belcher ir Paula T. Hammond, aspirantas Po-Yen Chen ir trys kiti. Jis pagrįstas naujausia saulės elementų plėtra, kurioje naudojamas junginys, vadinamas perovskitu, o ypač organinis halogenido perovskitas - technologija, kuri nuo pirmųjų eksperimentų sparčiai progresavo iki tokio lygio, kad jo efektyvumas yra beveik konkurencingas kitų tipų saulės elementai.

„Nuo pradinių demonstracijų iki gero efektyvumo perėjo mažiau nei dvejus metus“, - sako Belcher, W.M. Keckas, MIT energetikos profesorius. Jau dabar perovskito pagrindu pagamintos fotoelektros elementai pasiekė daugiau nei 19 procentų energijos konversijos efektyvumą, kuris yra artimas daugelio komercinių silicio pagrindu pagamintų saulės elementų efektyvumui.

MIT tyrėjai parodo, kaip perdirbti medžiagas iš senų automobilių akumuliatorių į naujas saulės baterijas.

Pirminiuose perovskito technologijos aprašymuose kaip trūkumas nurodytas švino naudojimas, kurio gamyba iš neapdorotų rūdų gali sukelti toksiškų likučių. Tačiau naudojant perdirbtą šviną iš senų automobilių akumuliatorių, gamybos procesą galima panaudoti toksiškoms medžiagoms nukreipti iš sąvartynų ir pakartotinai panaudoti fotoelektrinėse plokštėse, kurios gali gaminti energiją dešimtmečius.

Nuostabu, kad perovskito fotovoltinė medžiaga yra vos pusės mikrometro storio plonos plėvelės pavidalu, komandos analizė rodo, kad švinas iš vienos automobilio baterijos gali pagaminti pakankamai saulės kolektorių, kad galėtų tiekti energiją 30 namų ūkių.

Kaip papildomas pranašumas, perovskito saulės elementų gamyba yra gana paprastas ir gerybinis procesas. „Jo pranašumas yra tai, kad tai yra žemos temperatūros procesas, o žingsnių skaičius sumažėja“, palyginti su įprastų saulės elementų gamyba, sako Belcheris.

Šie veiksniai padės „lengvai įsigyti pigiai dideliu mastu“, - priduria Chenas.

Akumuliatoriaus kaupimas priekyje

Viena iš motyvų naudoti švino senų automobilių akumuliatoriuose yra ta, kad akumuliatorių technologija sparčiai keičiasi, o rinkoje atsiranda naujų, efektyvesnių tipų, tokių kaip ličio jonų akumuliatoriai. „Vystantis akumuliatorių technologijai, daugiau nei 200 milijonų švino rūgščių baterijų Jungtinėse Valstijose gali būti panaikintos, o tai gali sukelti daug aplinkosaugos problemų“,-sako Belcheris.

Šiandien ji sako, kad 90 procentų švino, surinkto perdirbus senas baterijas, sunaudojama naujoms baterijoms gaminti, tačiau laikui bėgant naujų švino rūgštinių baterijų rinka greičiausiai mažės, todėl gali likti didelė švino atsarga be akivaizdžių taikymas.

Baigtame saulės kolektoriuje švino turintis sluoksnis būtų visiškai uždengtas kitomis medžiagomis, kaip šiandien yra daug saulės kolektorių, o tai sumažina aplinkos užteršimo švinu riziką. Kai plokštės galiausiai pašalinamos, švinas gali būti tiesiog perdirbamas į naujas saulės baterijas.

„Jų kapsuliavimo procesas bus toks pat kaip ir šiandieninių polimerinių elementų“, - sako Chenas. „Šią technologiją galima lengvai išversti.“

„Svarbu atsižvelgti į medžiagų gyvavimo ciklus didelio masto energetinėse sistemose“,-sako Hammondas. "Ir čia mes manome, kad paprastas požiūris yra geras jo komerciniam įgyvendinimui."

Senas švinas yra toks pat geras kaip naujas

Belcheris mano, kad perdirbtas perovskito saulės baterijas priims kiti fotoelektros tyrinėtojai, kurie dabar gali patobulinti technologiją, kad būtų pasiektas maksimalus efektyvumas. Komandos darbas aiškiai parodo, kad iš senų baterijų išgautas švinas yra toks pat geras perovskito saulės elementų gamybai, kaip ir šviežiai pagamintas metalas.

Kai kurios bendrovės jau ruošiasi komercinei perovskito fotovoltinių plokščių gamybai, kuriai kitu atveju gali prireikti naujų švino šaltinių. Komanda teigia, kad dėl to kalnakasiai ir lydyklos gali būti nuodingų dūmų, o perdirbimo įvedimas gali duoti tiesioginės naudos.

Yang Yang, Los Andželo Kalifornijos universiteto medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorius, nedalyvavęs šiame tyrime, sako: „Oho, koks įdomus dokumentas paverčia vienos sistemos atliekas vertingu ištekliumi kitą! Manau, kad čia parodytas darbas gali išspręsti pagrindinę pramonės atliekų problemą ir pasiūlyti būsimos atsinaujinančios energijos sprendimą.

Šį darbą, kuriame taip pat dalyvavo tyrinėtojas Jifa Qi, magistrantas Matthew Klug ir postdoc Xiangnan Dang, palaikė Italijos energetikos bendrovė „Eni“ per „MIT Energy Initiative“.

Leidinys: Po-Yen Chen ir kt., „Ekologiškai atsakinga efektyvių perovskito saulės elementų gamyba iš perdirbtų automobilių akumuliatorių“, „Energy & Environmental Science“, 2014; DOI: 10.1039/C4EE00965G