I ett återvinningssystem som föreslagits av forskare vid Massachusetts Institute of Technology (MIT) återvinns material från kasserade bilbatterier – en potentiell källa till blyföroreningar – i nya och hållbara solcellspaneler som ger utsläppsfri elkraft.
Illustration: Christine Daniloff/MIT
Systemet beskrivs i en artikel i tidskriften Energy and Environmental Science, skriven av professorerna Angela M. Belcher och Paula T. Hammond samt doktorand Po-Yen Chen och tre andra. Artikeln visar på en ny utveckling inom solcellstekniken som använder en förening som kallas perovskit och som snabbt har gått från initiala experiment till en punkt där effektiviteten nästan är konkurrenskraftig med andra typer av solceller.
– Tekniken har gått från inledande demonstrationer till bra effektivitet på mindre än två år. Redan har perovskitbaserade fotovoltaiska solceller uppnått verkningsgrad på över 19 procent, vilket är i närheten av många kommersiella, kiselbaserade solceller, säger Belcher, W.M. Keck professor i energiteknik vid MIT
Produktionen från råmalmer till bly kan ge giftiga rester. Men med hjälp av återvunnet bly från gamla bilbatterier kan tillverkningsprocessen för perovskit istället användas för att avleda giftigt material från deponier och återanvända det i solcellspaneler som kan fortsätta att producera elkraft i årtionden.
Forskarna beskriver det som otroligt eftersom perovskitmaterialet tar formen av en tunn film som bara en halv mikrometer tjock och en analys visar att mängden bly från ett enda bilbatteri kan producera tillräckligt med solpaneler för att ge ström till 30 hushåll.
– Som en ytterligare fördel är produktionen av perovskitceller ett relativt enkel och gynnsam process. ”Den har fördelen av att vara en lågtemperaturprocess och antalet steg reduceras, jämfört med tillverkningen av konventionella solceller, säger Belcher.
– Dessa faktorer kommer att bidra till att göra det lätt att nå en billig storskalighet, säger Chen.
Batterilagren ökar framöver
– En motivation till att använda bly i gamla bilbatterier är att batteritekniken är under förändring – med nya, effektivare varianter såsom litium-jon-batterier – som snabbt tar över marknaden. När batteritekniken utvecklas kommer över 200 miljoner blybatterier potentiellt vara överflödiga i USA, och det kan orsaka en hel del miljöproblem, säger Belcher.
Hon säger vidare att 90 procent av allt återvunnit bly idag återvinns från gamla batterier och detta bly används för att producera nya batterier, men med tiden kommer marknaden för nya blybatterier sannolikt att minska och eventuellt lämna efter sig ett stort lager av bly som inte har någon uppenbar användning.
I en färdig solpanel skulle skiktet som innehåller bly vara helt inkapslat av andra material, såsom många solpaneler är idag, och begränsa risken för att bly förorenar miljön. När panelerna slutligen är förbrukade kan blyet enkelt återvinnas till nya solpaneler, menar MIT.
– Processen för att kapsla in cellerna kommer att vara densamma som för polymerceller idag, säger Chen.
Gammal bly lika bra som nytt
Belcher tror att återvunna perovskitceller kommer att omfamnas av andra solcellsforskare som nu kan finjustera tekniken för maximal effektivitet. Teamets arbete visar tydligt att bly som återvinns från gamla batterier är lika bra för produktionen av perovskitceller som nyproducerad metall.
– Vissa företag har redan laddat upp för kommersiell produktion av perovskit solcellspaneler som skulle kräva nytt bly. Eftersom detta kan utsätta gruvarbetare och anställda vid smältverk för giftig rök kommer införandet av återvinning att ge omedelbara fördelar, säger forskarteamet.
Forskningsarbetet har fått stöd av det italienska energiföretaget Eni via MIT Energy Initiative.
