Réutiliser le silicium provenant des modules photovoltaïques en fin de vie pour les anodes des batteries

D’après pv magazine international.

Sous l’égide de la Kunming University of Science and Technology de Chine, des scientifiques ont proposé de réutiliser le silicium provenant des cellules solaires usagées afin de mettre au point des matériaux d’anode en composite silicium-carbone qui pourraient être utilisés dans les anodes de batteries.

« L’objectif de nos travaux était de proposer une méthode simple et efficace de recyclage visant à prendre conscience de la valeur ajoutée que présente la réutilisation des matériaux en silicium contenus dans les modules PV en fin de vie, explique Shaoyuan Li, principal auteur de l’étude, à pv magazine. Si l’on suit les méthodes classiques actuelles, telles que la lixivitation acide et alcaline, à partir d’une tonne de modules PV en fin de vie, il est possible de récupérer 40 kg de silicium pouvant générer un revenu net de 93,4 €. Associé à du graphite grâce à un processus simple de broyeur à boulets permettant d’obtenir une anode en composite silicium-carbone, le matériau de silicium recyclé peut engendrer un revenu de 1 676 €. »

Dans l’étude « High-performance silicon carbon anodes based on value-added recycling strategy of end-of-life photovoltaic modules », publiée dans Energy, les chercheurs expliquent que la poudre de silicium nécessaire à la fabrication d’anodes de batteries est obtenue en pulvérisant des fragments de cellules solaires usagées à l’aide d’un broyeur à secousses.

Les cellules, préalablement séparées des modules mécaniquement, sont découpées en fragments de 6 mm x 6 mm. Ces fragments trempent ensuite dans une solution de toluène pendant 24 heures afin de dissoudre l’encapsulant en éthylène-acétate de vinyle (EVA). « Pour retirer les restes d’EVA, les fragments de cellules recouverts d’EVA sont placés dans un four à tube pour y subir une pyrolyse à 550 °C pendant 2 heures, dans une atmosphère à base d’argon, expliquent les universitaires. Plusieurs lavages par ultrasons sont réalisés avec de l’eau déionisée et de l’éthanol jusqu’à obtention de fragments de cellules solaires. »

À partir de ces fragments, le groupe de chercheurs a mis au point la poudre de silicium en associant le silicium recyclé avec du graphite à l’aide d’un processus simple de broyeur à boulets. Le matériau composite qui en résulte, appelé W-Si-rM@G, présenterait des performances électrochimiques remarquables.

« Il affiche une capacité de décharge initiale atteignant 1 770 mA h g^-1, conserve une bonne capacité spécifique de 913 mA h g^-1 au bout de 200 cycles à une densité de courant de 500 mA g^-1, et le rendement en quantité moyen atteint 98,99 %, ce qui correspond à une perte de capacité de seulement 0,24 % », explique Shaoyuan Li, en soulignant que l’utilisation du graphite crée un espace tampon pour l’expansion du volume du silicium, améliorant ainsi la stabilité cyclique du matériau. « Le graphite présente un bon contact avec les particules de silicium et l’intégration du graphite améliore considérablement la conductivité électrique du matériau en silicium. »

Concernant l’avenir, les scientifiques ajoutent que des travaux supplémentaires seront nécessaires pour créer un secteur complet et efficace de recyclage à valeur ajoutée pour les modules PV en fin de vie, tout en pointant les difficultés actuelles empêchant l’établissement d’activités rentables dans ce secteur en l’absence de toute aide publique. « Le recyclage des modules PV en fin de vie présente une certaine faisabilité économique, mais il n’est pas assez rentable pour permettre le fonctionnement fluide d’une entreprise », constatent-ils.

Traduction assurée par Christelle Taureau.