اقرأ في هذا المقال
- إلكتروليت البوليمر الصلب الناتج أظهر استقرارًا كهروكيميائيًا وموصلية أيونية محسّنة
- الباحثون يدرسون إعادة التدوير ومعالجة مواد الألواح المستهلكة وتحويلها إلى منتجات عالية القيمة
- باحثو جامعة نانيانغ التكنولوجية في سنغافورة اقترحوا إعادة استعمال الزجاج في تطبيقات تخزين الكهرباء
- طرق إعادة تدوير زجاج الألواح الشمسية التقليدية غالبًا ما تكون كثيفة استهلاك الطاقة
يمكن لنفايات زجاج الألواح الشمسية المعاد تدويرها أن تدخل في تصنيع بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة، وأن تحقق نتائج جيدة من حيث التكلفة، ما قد يفتح أفاقًا جديدة أمام تقنيات تخزين الكهرباء.
ووفق تحديثات القطاع لدى منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)، طوَّر فريق من الباحثين بجامعة نانيانغ التكنولوجية في سنغافورة عملية لاستعمال نفايات زجاج الألواح الشمسية مادةً خامًا للكاثودات (الأقطاب السالبة) في بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة.
ومن خلال طحن نفايات زجاج الألواح الشمسية المكسورة إلى جزيئات نانوية، تمكّنوا من معالجتها لاستعمالها حشوة وظيفية غير عضوية في مادة إلكتروليت البوليمر الصلب (SPE) القائمة على أكسيد البولي إيثيلين (PEO).
وأظهر إلكتروليت البوليمر الصلب الناتج استقرارًا كهروكيميائيًا وموصلية أيونية محسّنة.
سعة البطاريات المصنوعة من إلكتروليت البوليمر الصلب
احتفظت البطاريات المصنوعة من إلكتروليت البوليمر الصلب التي تحتوي على 2% من وزنها جسيمات الزجاج النانوية بسعة 123.07 مللي أمبير/ساعة، ما يشير إلى تحسُّن بنسبة 8.3% عن القيمة المرجعية.
ولجعل إعادة تدوير نفايات زجاج الألواح الشمسية أكثر جاذبية من الناحية المالية والاستدامة، يدرس الباحثون إعادة التدوير، ومعالجة مواد الألواح الشمسية المستهلكة، وتحويلها إلى منتجات عالية القيمة، مع محاولة تجنُّب العمليات عالية الحرارة.
وفي إحدى أحدث الحالات، اقترح باحثو جامعة نانيانغ التكنولوجية في سنغافورة إعادة استعمال الزجاج في تطبيقات تخزين الكهرباء، مشيرين إلى أنه أثقل مكونات الألواح الشمسية منتهية الصلاحية، وأن تطبيقات إعادة التدوير القيّمة غير متوفرة.
وصرّح المؤلف بالمراسلة، يو بون تاي، لمجلة بي في ماغازين: "يُظهر بحثنا أن نفايات زجاج الألواح الشمسية منتهية الصلاحية تتمتع بإمكانات واعدة في قطاع تخزين الكهرباء، لا سيما بصفتها مُضافًا وظيفيًا في إلكتروليتات البوليمر الصلبة".
وأضاف: "طُرق إعادة تدوير زجاج الألواح الشمسية التقليدية غالبًا ما تكون كثيفة استهلاك الطاقة وغير مجدية اقتصاديًا".
وأردف: "من خلال إعادة استعمال الزجاج الشمسي مباشرةً أو إعادة تدويره إلى مواد نانوية وظيفية، يُعزز هذا العمل نهجًا أكثر استدامة وتكاملًا، ويربط بين صناعتين سريعتي النمو: الطاقة الشمسية وتخزين الكهرباء".
استعمال زجاج الألواح الشمسية
يصف البحث، المُفصّل في مقال "إعادة استعمال نفايات الطاقة الشمسية منتهية الصلاحية لبطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة"، استعمال جسيمات نانوية من الألواح الشمسية بصفتها حشوة إلكتروليتات البوليمر الصلبة خاملة، وفعّالة من حيث التكلفة، ومستدامة، للاستعمال في عينة كاثودات بطاريات فوسفات حديد الليثيوم.
ووفقًا لأحد مؤلفي الدراسة، لبون تاي، "تُعدّ تقنية إلكتروليتات البوليمر الصلبة "عاملًا مُمكّنًا أساسيًا" للجيل المقبل من بطاريات الحالة الصلبة، نظرًا لسلامتها وأدائها المُحسّن".
وأضاف فريق الباحثين: "لعزل الزجاج الشمسي عن الألواح الكهروضوئية، استُعملت تقنية نقع المذيبات وتقطيع الأسلاك لعزل الزجاج، مُتجنّبين بذلك الطرق الحرارية المُستهلكة للطاقة التي تُستعمل عادةً لإزالة مُغلّف أسيتات فينيل الإيثيلين (EVA)".
نظام لتخزين الكهرباء يحتوي على بطاريات ليثيوم أيون وألواح شمسية – المصدر: جامعة نانيانغ التكنولوجية في سنغافورة
بعد ذلك، استُعملت الكرات لطحن الزجاج المكسور دون استعمال مواد كيميائية سامّة إلى نحو 300 نانومتر، حسب تقرير طالعته منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن).
ثم دُمجت هذه الجسيمات النانوية حشوةً في أكسيد البولي إيثيلين، وهو جسيم إلكتروليت البوليمر الصلب شائع الاستعمال، وفقًا للبحث.
وقال الباحثون: "يعتمد نهجنا على طريقة فيزيائية سهلة ومباشرة لتحويل نفايات زجاج الألواح الشمسية إلى جسيمات نانوية، متجنبًا بذلك طرق التركيب الكيميائية المكثفة، وهذا يجعل العملية أكثر فعالية من حيث التكلفة وأقل استهلاكًا للطاقة، مقارنةً بالطرق التقليدية لإنتاج الحشوات الخاملة".
تقليل البصمة الكربونية
من خلال استعمال الزجاج المعاد تدويره مادةً خامًا، تُقلَّل البصمة الكربونية الإجمالية بشكل كبير، ما يعزز من استدامته، وفقًا للمؤلف بالمراسلة، يو بون تاي.
وصُنعت بطاريات الليثيوم المعدنية باستعمال إلكتروليت البوليمر الصلب الناتج، وقيَّمَ الباحثون أداءها.
وأظهرت النتائج استقرارًا فائقًا لدورات إلكتروليتات البوليمر الصلبة التي تحتوي على جسيمات نانوية زجاجية.
بعد 80 دورة، انخفضت السعة النوعية للمرجع إلى 113.60 مللي أمبير/ساعة غم⁻¹، بينما احتفظت العينة التي تحتوي على 2% وزنًا من جسيمات نانوية زجاجية بسعة 123.07 مللي أمبير/ساعة غم⁻¹، ما يشير إلى تحسُّن بنسبة 8.3%.
وخلص الباحثون إلى أن "هذه النتائج تؤكد إمكان إعادة استعمال نفايات الزجاج من الألواح الشمسية في مواد نانوية وظيفية لتطبيقات إلكتروليتات البوليمر الصلبة".
وعند سؤاله عن الخطوة التالية لفريق البحث، ذكر بون تاي، أن "تطوير أساليب منخفضة التأثير لاستعادة وإعادة استعمال مواد عالية الجودة من الألواح الشمسية منتهية الصلاحية هو محور الاهتمام، خصوصًا تطبيقات تخزين الكهرباء".
موضوعات متعلقة..
اقرأ أيضًا..
المصادر..
