أخبار ar.wedoany.com، طور فريق بحثي هندي عملية إعادة تدوير جديدة لاستخلاص السيليكون وثاني أكسيد السيليكون الأولي (SiO₂) من الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري المنتهية الصلاحية، لاستخدامها كمواد أقطاب كهربائية في تطبيقات تخزين الطاقة. ركزت الدراسة على تقييم تأثير مجموعات مختلفة من الركائز والسيليكون المُعاد تدويره على آليات تخزين الشحنة الكهربائية.
أشار الباحثون إلى أن النمو الكبير في القدرة التراكمية المركبة للطاقة الشمسية الكهروضوئية أدى إلى زيادة هائلة في عدد الألواح المنتهية الصلاحية، مما يستلزم وجود حلول مستدامة لإدارة النفايات. تقدم هذه الدراسة نهجًا صديقًا للبيئة لدمج نفايات الخلايا الشمسية المُعاد تدويرها في مواد الأقطاب الكهربائية للأنظمة الكهروكيميائية القائمة على أيونات الليثيوم، مع تحليل سلوك تخزين الشحنة الفاراداي المعتمد على الركيزة. تبدأ عملية إعادة التدوير بفك وإزالة الإطارات المصنوعة من الألومنيوم للألواح المُهملة يدويًا، يليها معالجة حرارية عند درجة حرارة 480 درجة مئوية لتحليل وإزالة طبقة التغليف (EVA) والطبقة الخلفية وبقايا الزجاج. بعد ذلك، يتم فصل شظايا خلايا السيليكون المُعاد تدويرها وطحنها في مطحنة كروية لمدة 6 ساعات بسرعة 450 دورة في الدقيقة للحصول على مسحوق ميكروني، ثم يتم تنقيته باستخدام هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) وحمض الهيدروكلوريك (HCl) عبر عمليات الغسل القلوي والحمضي على التوالي. تم تحسين العملية بتغيير النسبة المولية لـ NaOH:HCl، وعند نسبة 1:1.25، بلغت أعلى نسبة استرداد للسيليكون حوالي 97.75%. تم خلط المسحوق المُنقى مع أنابيب الكربون النانوية (CNT) كمادة مضافة موصلة، وفلوريد البولي فينيلدين (PVDF) كمادة رابطة، وN-ميثيل-2-بيروليدون (NMP) كمذيب، بنسبة وزن 80:10:10 لتشكيل عجينة، ثم طُليت على رقائق النحاس، وزجاج مطلي بأكسيد القصدير الإنديوم (ITO)، ورقائق الجرافيت كمجمعات تيار، وجُففت تحت الفراغ عند درجة حرارة 90–100 درجة مئوية.
قام فريق البحث بتوصيف المواد المُعاد تدويرها باستخدام مطيافية الأشعة السينية الضوئية (XPS)، وحيود الأشعة السينية (XRD)، ومضان الأشعة السينية (XRF)، ومطيافية رامان، بالإضافة إلى تحليل الشكل باستخدام المجهر الإلكتروني النافذ (TEM)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، وتحليل تشتت الطاقة بالأشعة السينية (EDX)، ومجهر القوة الذرية (AFM). تم استخدام التحليل الوزني الحراري (TGA) للتوصيف الحراري، وتحليل Brunauer–Emmett–Teller (BET) لتحديد مساحة السطح النوعية، وتقييم الأداء الكهروكيميائي من خلال قياس الجهد الدوري (CV)، ومطيافية المعاوقة الكهروكيميائية (EIS)، والشحن والتفريغ بتيار ثابت (GCD). أفاد الباحثون أن الأقطاب الكهربائية المُحضرة على رقائق النحاس وطبقة ITO أظهرت سلوكًا شبيهًا بالبطاريات يعتمد على الانتشار، بينما أظهرت الأقطاب الكهربائية على ركيزة الجرافيت خصائص تخزين شحنة سعوية. أكدت قياسات الجهد الدوري ومطيافية المعاوقة الكهروكيميائية خصائص واجهة جيدة، وأظهرت اختبارات الشحن والتفريغ بتيار ثابت أداءً مستقرًا على مدى 500 دورة. بلغت قيم السعة النوعية للأقطاب الكهربائية على رقائق النحاس وطبقة ITO والجرافيت 143.23 فاراد/غرام، و30.53 فاراد/غرام، و163.92 فاراد/غرام على التوالي. خلص فريق البحث إلى أن الأقطاب الكهربائية المُحضرة على رقائق النحاس وطبقة ITO مناسبة للأقطاب الكهربائية القائمة على السيليكون في الأنظمة الكهروكيميائية لأيونات الليثيوم، بينما تُظهر الأقطاب الكهربائية على ركيزة الجرافيت إمكانات واعدة في تطبيقات تخزين الطاقة المُدارة بشكل مستدام.
نُشرت نتائج هذه الدراسة في ورقة بحثية بعنوان "Recycling of solar cells recovered from waste panels into efficient silicon-based composite electrodes for energy-storage applications" في مجلة RSC Sustainability، وشارك في هذا العمل باحثون من المختبر الفيزيائي الوطني الهندي (CSIR) والمعهد الهندي للابتكار العلمي والبحث (AcSIR).
