Система описана в статье в журнале Energy and Environmental Science, в соавторстве с профессорами Анжелой М. Белчер и Паула Т. Хаммонд, аспирант По-Йен Чен и трое других. Он основан на недавних разработках солнечных элементов, в которых используется соединение, называемое перовскитом, в частности перовскит, галогенидорганический свинец — технология, которая быстро прогрессировала от начальных экспериментов до точки, где ее эффективность почти сравнима с эффективностью других типов. солнечных батарей.
«Менее чем за два года все прошло от первоначальных демонстраций до хорошей эффективности», — говорит Белчер, представитель компании W.M. Кек профессор энергетики Массачусетского технологического института.
Фотоэлектрические элементы на основе перовскита уже достигли КПД преобразования энергии более 19 процентов, что близко к эффективности многих коммерческих солнечных элементов на основе кремния.
Первоначальные описания перовскитовой технологии определили использование свинца, производство которого из сырых руд может привести к образованию токсичных остатков, как недостаток. Но, используя переработанный свинец из старых автомобильных аккумуляторов, можно вместо этого использовать производственный процесс, чтобы отвести токсичный материал со свалок и повторно использовать его в фотоэлектрических панелях, которые могли бы вырабатывать электроэнергию в течение десятилетий.
Удивительно, но поскольку перовскитный фотоэлектрический материал имеет форму тонкой пленки толщиной всего полмикометра, анализ команды показывает, что свинец от одного автомобильного аккумулятора может произвести достаточно солнечных панелей, чтобы обеспечить электроэнергией 30 домашних хозяйств.
Дополнительным преимуществом является то, что производство перовскитных солнечных элементов является относительно простым и безопасным процессом. «Преимущество этого процесса в том, что он является низкотемпературным, а количество этапов сокращено» по сравнению с производством обычных солнечных элементов, — говорит Белчер.
Эти факторы помогут «легко перейти на крупномасштабные проекты с низкими затратами», — добавляет Чен.
Впереди накопление батареи
Одним из мотивов использования свинца в старых автомобильных аккумуляторах является то, что технология аккумуляторов претерпевает быстрые изменения, и новые, более эффективные типы, такие как литий-ионные аккумуляторы, быстро захватывают рынок. «Как только технология аккумуляторов будет развиваться, более 200 миллионов свинцово-кислотных аккумуляторов потенциально будут выведены из эксплуатации в Соединенных Штатах, и это может вызвать множество экологических проблем», — говорит Белчер.
Сегодня, по ее словам, 90 процентов свинца, полученного при переработке старых батарей, используется для производства новых батарей, но со временем рынок новых свинцово-кислотных батарей, вероятно, сократится, что может привести к появлению больших запасов свинца без очевидных признаков. заявление.
В готовой солнечной панели слой, содержащий свинец, будет полностью заключен в капсулу другими материалами, как многие солнечные панели сегодня, что ограничивает риск загрязнения окружающей среды свинцом. Когда панели в конечном итоге списываются, свинец можно просто переработать в новые солнечные панели.
«Процесс их инкапсуляции будет таким же, как и для полимерных ячеек сегодня», — говорит Чен. "Эту технологию легко перевести."
«Важно учитывать жизненные циклы материалов в крупномасштабных энергетических системах», — говорит Хаммонд. "И здесь мы считаем, что чистая простота подхода служит хорошим предзнаменованием для его коммерческого внедрения."
Старый свинец как новый
Белчер считает, что переработанные перовскитные солнечные элементы будут приняты другими исследователями в области фотоэлектрической энергии, которые теперь могут оптимизировать технологию для достижения максимальной эффективности. Работа команды наглядно демонстрирует, что свинец, извлеченный из старых батарей, так же хорош для производства перовскитных солнечных элементов, как и только что произведенный металл.
Некоторые компании уже готовятся к промышленному производству перовскитных фотоэлектрических панелей, для чего в противном случае потребовались бы новые источники свинца. Поскольку это может подвергнуть горняков и металлургических предприятий воздействию токсичных паров, внедрение утилизации вместо этого может принести немедленные выгоды, говорит команда.