Direzione Trasferimento Tecnologico

Settori applicativi

Problema da risolvere

La potenza fotovoltaica installata nel mondo è in crescita e, dal momento che il tempo di vita di un pannello fotovoltaico è di circa 25-30 anni, nel 2050 sono previsti circa 60-78 milioni di tonnellate di pannelli fotovoltaici da smaltire. I pannelli dismessi costituiscono una risorsa di materiali utili e preziosi. Alcuni di essi, come il silicio, sono classificati dall'Unione Europea come materiali strategici, ossia materiali di elevata importanza per settori strategici ma a rischio di approvvigionamento. Risulta quindi estremamente utile recuperare il silicio dai pannelli fotovoltaici a fine vita per poterlo così re-immettere in differenti filiere, come quella delle batterie a ioni di litio. E' importante che le tecnologie di recupero abbiano il minimo impatto ambientale per offrire una modalità sostenibile di approvvigionamento di questo prezioso materiale.

Descrizione

I pannelli fotovoltaici (PV) a fine vita o difettosi vengono triturati dopo la rimozione del telaio, dei cavi e della scatola di giunzione. I frammenti contenenti silicio sono poi separati dalla componente polimerica (EVA) e dal vetro e trattati termicamente. La polvere così ottenuta viene sottoposta ad una serie di setacciature e macinazioni fino ad ottenere una frazione di materiale idoneo all'utilizzo nell'anodo delle batterie a ioni di litio (LIBs). Tale materiale, additivato con carbone nanometrico e un legante polimerico, viene depositato e fatto essiccare su un foglio di rame da cui si ricava poi l'anodo. La ricerca di nuovi materiali anodici alternativi alla grafite, attualmente impiegata nelle batterie a ioni di litio commerciali, è spinta non solo dal fatto che la grafite è un materiale strategico, ma anche (e forse più) dalla continua domanda di batterie con densità di energia sempre più elevata e, pertanto, dalla crescente richiesta di anodi con capacità specifica maggiore rispetto a quella della grafite. In particolare, il silicio offre una capacità specifica teorica pari a 4200 mAh g-1, notevolmente superiore rispetto alla capacità specifica teorica della grafite (372 mAh g-1). Il processo innovativo sviluppato, che consiste in una sequenza opportunamente studiata di macinazioni e setacciature, mira ad eliminare dalla polvere recuperata dai pannelli fotovoltaici le componenti ossidate a bassa conducibilità elettrica e metalliche aventi minore capacità di litiazione rispetto al silicio. Contemporaneamente il processo consente di ridurre la polvere di silicio a dimensioni micrometriche per ottenere, nella fase realizzativa dell'elettrodo, un'elevata superficie specifica e una bassa espansione volumetrica del materiale anodico durante l'esercizio in cella. Si è dimostrato che la polvere di silicio così ottenuta è in grado di formare leghe con il litio e può quindi essere potenzialmente utilizzata come materiale anodico in sostituzione della grafite.

Gruppo di ricerca coinvolto