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MIT 엔지니어, 오래된 배터리를 태양 전지로 재활용

2021-06-16
주제:
배터리 기술, 녹색 기술, 재료 과학, 태양광, 태양 전지
데이비드 L. 챈들러, 매사추세츠 공과대학 2014년 8월 18일



MIT의 엔지니어들은 버려진 자동차 배터리에서 위험한 폐기물을 재활용하여 단일 자동차 배터리의 납이 30가구에 전력을 공급할 수 있는 충분한 태양 전지판을 생산할 수 있음을 밝혔습니다.

이것은 고전적인 윈-윈 솔루션이 될 수 있습니다. MIT의 연구원이 제안한 시스템은 납 오염의 잠재적인 원인인 버려진 자동차 배터리의 재료를 배기 가스가 없는 전력을 제공하는 새롭고 오래 지속되는 태양 전지판으로 재활용합니다.

이 시스템은 Angela M. Belcher 교수와 Paula T. Hammond 교수, 대학원생 Po-Yen Chen 외 3명이 공동 저술한 Energy and Environmental Science 저널의 논문에 설명되어 있습니다. 그것은 페로브스카이트(perovskite)라고 불리는 화합물, 특히 유기납 할로겐화물 페로브스카이트(organolead halide perovskite)라는 화합물을 사용하는 태양 전지의 최근 개발을 기반으로 합니다. 다른 유형의 태양 전지.

"초기 시연에서 2년 이내에 우수한 효율성으로 발전했습니다."라고 W.M. MIT 에너지학과 Keck 교수. 이미 페로브스카이트 기반 광전지는 19% 이상의 전력 변환 효율을 달성했으며 이는 많은 상용 실리콘 기반 태양전지와 유사한 수준입니다.

MIT 연구원들은 오래된 자동차 배터리의 재료를 새로운 태양 전지판으로 재활용하는 방법을 보여줍니다.

페로브스카이트 기술에 대한 초기 설명에서는 납의 사용을 확인했습니다. 이 기술은 원료 광석에서 생산하여 유독성 잔류물을 생성할 수 있다는 단점이 있습니다. 그러나 오래된 자동차 배터리에서 재활용된 납을 사용함으로써 제조 공정을 대신 매립지의 독성 물질을 전환하고 수십 년 동안 계속해서 전력을 생산할 수 있는 태양광 패널에 재사용할 수 있습니다.

놀랍게도 페로브스카이트 광전지 재료는 두께가 0.5마이크로미터에 불과한 박막 형태를 취하기 때문에 팀의 분석에 따르면 단일 자동차 배터리의 납이 30가구에 전력을 공급할 수 있는 충분한 태양 전지판을 생산할 수 있음을 보여줍니다.

추가 이점으로, 페로브스카이트 태양 전지의 생산은 비교적 간단하고 양성 공정입니다. 벨처 교수는 “기존 태양전지 제조에 비해 저온 공정이라는 장점이 있고, 공정 수가 줄어든다”고 말했다.

이러한 요소는 "대규모를 저렴하게 쉽게" 만드는 데 도움이 될 것이라고 Chen은 덧붙입니다.

앞으로 배터리 쌓임

오래된 자동차 배터리에 납을 사용하는 한 가지 동기는 배터리 기술이 급속한 변화를 겪고 있으며 리튬 이온 배터리와 같은 새롭고 더 효율적인 유형이 시장을 빠르게 장악하고 있기 때문입니다. "일단 배터리 기술이 발전하면 2억 개 이상의 납산 배터리가 잠재적으로 미국에서 폐기될 것이며 이는 많은 환경 문제를 일으킬 수 있습니다."라고 Belcher는 말합니다.

그녀는 오늘날 오래된 배터리를 재활용하여 회수된 납의 90%가 새 배터리를 생산하는 데 사용되지만 시간이 지나면서 새로운 납산 배터리 시장이 쇠퇴할 가능성이 있다고 말합니다. 애플리케이션.

완성된 태양 전지판에서 납 함유 층은 오늘날 많은 태양 전지판과 같이 다른 재료로 완전히 캡슐화되어 환경의 납 오염 위험을 제한합니다. 패널이 결국 폐기되면 납은 단순히 새 태양 전지 패널로 재활용될 수 있습니다.

"이들을 캡슐화하는 과정은 오늘날 고분자 전지의 경우와 동일할 것"이라고 Chen은 말했습니다. "그 기술은 쉽게 번역될 수 있습니다."

"대규모 에너지 시스템에서 재료의 수명 주기를 고려하는 것이 중요합니다."라고 Hammond는 말합니다. "그리고 여기서 우리는 접근 방식의 단순한 단순성이 상업적 구현에 좋은 징조라고 믿습니다."

오래된 리드는 새 것만큼 좋습니다.

Belcher는 재활용된 페로브스카이트 태양 전지가 이제 최대 효율을 위해 기술을 미세 조정할 수 있는 다른 태양광 연구원들에 의해 수용될 것이라고 믿습니다. 팀의 연구는 오래된 배터리에서 회수된 납이 새로 생산된 금속만큼 페로브스카이트 태양 전지 생산에 좋다는 것을 분명히 보여줍니다.

일부 회사는 이미 새로운 납 공급원이 필요할 수 있는 페로브스카이트 광전지 패널의 상업적 생산을 준비하고 있습니다. 이렇게 하면 광부와 제련소가 유독 가스에 노출될 수 있으므로 대신 재활용을 도입하면 즉각적인 이점을 얻을 수 있다고 팀은 말합니다.

이 연구에 참여하지 않은 로스앤젤레스 캘리포니아 대학의 재료 과학 및 공학 교수인 Yang Yang은 "와, 한 시스템의 낭비를 또 다른! 여기에서 시연된 작업이 산업 폐기물의 주요 문제를 해결하고 미래 재생 에너지에 대한 솔루션을 제공할 수 있다고 생각합니다.”

연구 과학자 Jifa Qi, 대학원생 Matthew Klug 및 박사후 연구원 Xiangnan Dang이 포함된 이 작업은 MIT Energy Initiative를 통해 이탈리아 에너지 회사 Eni의 지원을 받았습니다.

간행물: Po-Yen Chen, et al., "재활용 자동차 배터리에서 효율적인 페로브스카이트 태양 전지의 환경적으로 책임 있는 제조" Energy & Environmental Science, 2014; DOI: 10.1039/C4EE00965G