Công suất các nhà máy năng lượng mặt trời trên thế giới đang tăng theo cấp số nhân trong những năm gần đây, tạo ra một lượng lớn module quang điện (PV) hết thời hạn sử dụng, đòi hỏi phải được tái chế. Sự gia tăng phế thải công nghiệp này thúc đẩy các nhà khoa học trên toàn thế giới thực hiện những nghiên cứu nhằm tái chế những tấm module pin điện mặt trời hết hạn sử dụng thành các sản phẩm giá trị gia tăng.
Nhóm nghiên cứu do các nhà khoa học từ Đại học Khoa học và Công nghệ Côn Minh, Trung Quốc dẫn đầu đã đề xuất phương án tái sử dụng silicon, thu được từ pin mặt trời hư hỏng và hết thời gian sử dụng để phát triển vật liệu hỗn hợp silicon-carbon có thể được sử dụng để chế tạo cực dương của pin.
Trong cuộc phỏng vấn với tạp chí pv-magazine, tác giả chính của nghiên cứu, TS Shaoyuan Li cho biết: “Mục đích nghiên cứu của chúng tôi là đề xuất một phương pháp tái chế đơn giản và hiệu quả nhằm hiện thực hóa định hướng sử dụng vật liệu silicon có giá trị gia tăng trong các module PV đã hết tuổi khai thác sử dụng. Theo những phương pháp kỹ thuật thông thường hiện nay như lọc bằng axit và kiềm, 1 tấn module PV phế thải có thể thu hồi 40 kg vật liệu silicon, cho thu nhập ròng là 104,9 USD. Nếu vật liệu silicon tái chế kết hợp với than chì, sử dụng quy trình nghiền bi đơn giản, thu được vật liệu chế tạo cực dương hỗn hợp silicon-cacbon, doanh thu đạt được sẽ là 1.883 USD”.
Trong báo cáo công trình nghiên cứu “ Vật liệu cực dương carbon silicon hiệu suất cao trên cơ sở chiến lược tái chế giá trị gia tăng các module quang điện hết thời lượng sử dụng” được xuất bản trên tạp chí Energy, các nhà nghiên cứu giải thích: bột silicon (W–Si) cần thiết để chế tạo các cực dương pin có thể thu được bằng phương pháp nghiền thành bột các mảnh pin mặt trời hết hạn sử dụng bằng máy nghiền rung”.
Những tế bào pin silicon trước đó được tháo rời ra khỏi các khung nhôm, kính của các module, sau đó được cắt thành những mảnh vụn có kích thước 6 mm x 6 mm. Những mảnh vụn được ngâm trong dung dịch toluen trong 24 giờ nhằm hòa tan chất đóng gói etylen vinyl axetat (EVA). Nhóm nhà khoa học lưu ý: “Để triệt để loại bỏ chất đóng gói EVA, những mảnh tế bào bọc EVA được đốt trong lò nung dạng ống để nhiệt phân với nhiệt độ 550 độ C trong 2 giờ, lò nhiệt phân được bơm đầy khí argon. Sử dụng nước khử ion và ethanol làm sạch siêu âm nhiều lần các mảnh pin điện mặt trời”.
Sử dụng những mảnh vỡ này, nhóm nghiên cứu đã sản xuất vật liệu dạng bột cho cực dương bằng phương pháp kết hợp mảnh vụn silicon tái chế với than chì trong quy trình nghiền bi đơn giản. Vật liệu composite thu được, gọi là W-Si-rM@G, thể hiện hiệu suất điện hóa rất cao.
“Pin sử dụng cực dương, chế tạo từ silicon phế thải có công suất xả ban đầu lên tới 1.770 mAh/g, duy trì công suất riêng ổn định ở 913 mAh/g sau 200 chu kỳ sạc xả ở mật độ dòng điện 500 mA/g, hiệu suất Coulombic (CE) trung bình đạt 98,99%, chỉ mất 0,24% công suất,” Ông Li nói, lưu ý rằng, sử dụng than chì sẽ tạo ra một không gian đệm cho sự giãn nở thể tích của silicon, tăng cường tính ổn định theo chu kỳ sạc, xả của vật liệu.
Các nhà khoa học cho biết, trong tương lai, cần mở rộng nghiên cứu để xây dựng một ngành tái chế giá trị gia tăng đầy đủ và hiệu quả đối với những module PV hết hạn sử dụng. Nhóm nghiên cứu cũng cho rằng, các công ty khởi nghiệp trong lĩnh vực tái chế các mô-đun pin điện mặt trời sẽ rất khó có lãi hoặc duy trì được sản xuất nếu không có sự hỗ trợ của chính phủ.
Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh: “Hoạt động tái chế các module PV hết tuổi sử dụng có tính khả thi nhất định trong lĩnh vực kinh tế, nhưng sự chênh lệch giữa sản xuất pin điện và tái chế mô-đun pin điện mặt trời với quy mô khác nhau khiến doanh thu không đủ để bù cho đầu tư trang thiết bị phụ trợ và duy trì sản xuất của một doanh nghiệp.
Theo PV Magazine
