Reutilizar silicio de módulos fotovoltaicos fuera de uso para ánodos de baterías

Científicos dirigidos por la Universidad de Ciencia y Tecnología de Kunming, en China, han propuesto reutilizar el silicio de las células solares desechadas para desarrollar materiales compuestos de ánodo de silicio y carbono que podrían emplearse en los ánodos de las baterías.

“El objetivo de nuestro trabajo es proponer un método de reciclaje sencillo y eficaz que permita reutilizar el silicio de los módulos fotovoltaicos al final de su vida útil”, explica a pv magazine el autor principal de la investigación, Shaoyuan Li. “Según los métodos técnicos convencionales actuales, como la lixiviación ácida y alcalina, una tonelada de módulos fotovoltaicos al final de su vida útil puede recuperar 40 kg de material de silicio, lo que puede generar unos ingresos netos de 104,9 dólares. Si el material de silicio reciclado se combina con grafito mediante un sencillo proceso de molienda de bolas para obtener un ánodo compuesto de silicio y carbono, puede generar unos ingresos de 1.883 dólares”.

En el estudio “High-performance silicon carbon anodes based on value-added recycling strategy of end-of-life photovoltaic modules” (Ánodos de silicio-carbón de alto rendimiento basados en una estrategia de reciclado de valor añadido de módulos fotovoltaicos al final de su vida útil), publicado en Energy, los investigadores explicaron que el polvo de silicio de desecho (W-Si) necesario para los ánodos de las baterías se obtuvo pulverizando fragmentos de células solares con un molino vibratorio.

Las células habían sido previamente desmontadas mecánicamente de los módulos y luego cortadas en fragmentos de 6 mm x 6 mm. A continuación, estos fragmentos se sumergieron en una solución de tolueno durante 24 horas para disolver el encapsulante de etilvinilacetato (EVA). “Para seguir eliminando el EVA, los fragmentos celulares envueltos en EVA se colocaron en un horno tubular para su pirólisis a 550 C durante 2 h bajo atmósfera de argón”, explicaron. “Se utilizó agua desionizada y etanol para la limpieza ultrasónica varias veces para obtener fragmentos de células solares”.

Con estos fragmentos, el grupo de investigación desarrolló el polvo de silicio residual combinando el silicio reciclado con grafito mediante un sencillo proceso de molienda con bolas. El material compuesto resultante, denominado W-Si-rM@G, mostró un notable rendimiento electroquímico.

“Tenía una capacidad de descarga inicial de hasta 1.770 mA h g-1, mantenía una buena capacidad específica de 913 mA h g-1 tras 200 ciclos a una densidad de corriente de 500 mA g-1, y la eficiencia coulómbica media alcanzaba el 98,99%, lo que suponía sólo una pérdida de capacidad del 0,24%”, explicó Li, señalando que el uso de grafito creaba un espacio tampón para la expansión volumétrica del silicio, lo que mejoraba la estabilidad cíclica del material. “El grafito tenía un buen contacto con las partículas de silicio, y la introducción del grafito mejoró enormemente la conductividad eléctrica del material de silicio”.

De cara al futuro, los científicos afirmaron que es necesario seguir trabajando para crear una industria de reciclado de módulos fotovoltaicos al final de su vida útil completa y eficiente, y subrayaron las dificultades actuales para crear empresas rentables en este sector sin ayudas públicas. “El reciclaje de módulos fotovoltaicos al final de su vida útil tiene cierta viabilidad económica, pero no es lo bastante rentable como para mantener el buen funcionamiento de una empresa”, afirmaron.