新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)的科学家们设计了一种有效的方法，从过期的太阳能电池板中回收高纯度硅来生产锂离子电池，这有助于满足全球日益增长的电动汽车动力需求。

高纯度硅构成了太阳能电池的大部分，但它们通常在 25 至 30 年后的使用寿命结束时被丢弃。将硅与铝、铜、银、铅和塑料等其他太阳能电池组件分离是一项挑战。此外，回收硅存在杂质和缺陷，使其不适合其他硅基技术。

现有的高纯度硅回收方法是能源密集型的，并且涉及剧化学品，这使得它们价格昂贵，并限制了它们在回收商中的广泛采用。

南洋理工大学的研究人员通过一种使用磷酸(食品和饮料行业常用的物质)的新提取方法克服了这些挑战。

NTU 方法表现出比现有硅回收技术更高的回收率 和 纯度。该过程也更高效，仅涉及单一试剂(磷酸)，而传统方法至少包含两种类型的化学品(高酸性和高碱性)。

该研究的首席研究员、材料科学与工程教务长兼南洋理工大学能源研究所 (ERI@N) 集群主任 Nripan Mathews 副教授表示： “我们的硅回收方法既高效又有效。我们不必使用多种化学品，减少了化学废物后处理所花费的时间。与此同时，我们实现了与能源密集型提取技术生产的纯硅相当的高回收率。”

虽然太阳能可再生能源的使用量在过去几十年中不断攀升，但太阳能电池板 30 年的有限使用寿命意味着到 2050 年将有 7800 万吨太阳能电池板到期。

南洋理工大学的研究团队相信，他们的硅回收方法可以通过保持资源循环来解决日益严重的太阳能电池板废物问题。

这项研究于 8 月发表在科学杂志《太阳能材料和太阳能电池》上，标志着南大对其2025 年战略计划的承诺，其中循环经济的可持续性和创新是关键支柱。它还支持南洋理工大学可持续发展宣言，该宣言描绘了南洋理工大学可持续发展、碳中和和社会影响的课程。

推动电动汽车锂离子电池的增长

硅被认为是下一代电动汽车 (EV) 锂离子电池最有前途的材料之一，因为它能够提供更长的续航里程和更快的充电时间。

随着汽车制造商竞相开发用于先进电动汽车的硅基锂离子电池，南大研究团队相信他们新开发的硅回收方法可以满足对高纯度硅的预期需求。

NTU 的方法包括首先将过期的太阳能电池浸泡在热稀释磷酸中 30 分钟，以去除其表面的金属(铝和银)。使用新鲜磷酸重复该过程，以确保完全去除金属，在另外 30 分钟结束时得到纯硅晶片。

研究人员使用先进的光谱分析来评估回收晶圆的元素含量，发现他们的样品回收率达到98.9%，纯度为 99.2%，与通过现有方法回收的硅结果相当。

当回收的硅被升级为锂离子电池阳极并测试效率时，其性能与商业购买的新硅类似。

该研究的主要作者、南洋理工大学能源研究所研究员 Sim Ying 博士表示：“我们升级回收的硅基锂离子电池与新购买的电池之间的性能相当，证明南洋理工大学的方法是可行的。我们预计，我们更快、更便宜的硅回收方法将积极推动电动汽车电池的发展。除了电动汽车之外，还有热电设备等潜在应用。”

该团队已向南洋理工大学的创新和企业公司 NTUitive 提交了其硅回收方法的技术披露，为潜在的商业化铺平了道路。与此同时，研究人员正在寻找行业合作者来探索市场应用。

该项目是新加坡-CEA 循环经济研究联盟 (SCARCE)计划的一部分，该计划是南洋理工大学与法国替代能源和原子能委员会之间的合作项目。SCARCE 得到了新加坡国家研究基金会和国家环境局 (NEA) 关闭废物循环资助计划的支持(奖项编号：USS-IF-2018-4)。

该计划旨在开发各种变废为宝的创新技术，从而为废物管理和回收开辟新的经济增长领域。