Pó de painéis solares usados vira sílica para ânodos de baterias

Pesquisadores financiados por um programa sul-coreano de reciclagem de painéis solares produziram nanopartículas de sílica com diâmetro médio de 109 nanômetros a partir de silicato de sódio obtido de pó de células solares em fim de vida útil. Ao incorporar essas partículas a ânodos de grafite, a equipe registrou aumento da capacidade das baterias de íons de lítio testadas em laboratório. O estudo foi publicado no periódico International Journal of Electrochemical Science.

A rota começa com o pó de células contendo silício, retirado de módulos já descartados. Esse pó reage com hidróxido de sódio e água, formando uma solução de silicato de sódio. Essa solução serve de matéria-prima para um processo Stöber modificado, método que faz crescer partículas de sílica em uma mistura alcalina de amônia e álcool.

Trabalhos anteriores que obtiveram sílica a partir de silicato de sódio de painéis solares usaram principalmente a precipitação ácida. Segundo os pesquisadores, essa via tende a produzir partículas aglomeradas. Na rota alcalina, o grupo obteve partículas esféricas com pouca aglomeração, sem surfactantes ou aditivos poliméricos.

Desempenho nos testes de eletrodo

As partículas feitas com resíduo solar tiveram diâmetro médio de 109 nm. As produzidas com silicato de sódio comercial, nas mesmas condições, chegaram a 97 nm.

Os testes foram feitos em células do tipo moeda, na configuração de meia célula. Nela, o ânodo em avaliação é combinado com um contraeletrodo de lítio metálico. Um ânodo com 95% de grafite e 5% de sílica, em massa, apresentou capacidade de 370,34 mAh/g após 100 ciclos, com corrente de 0,1 A/g. O grafite puro ficou em 308,24 mAh/g nas mesmas condições.

O material combinado também teve eficiência coulômbica maior no primeiro ciclo, de 86,17%, contra 79,14% do grafite puro. Essa eficiência é a proporção entre a carga recuperada e a carga armazenada inicialmente. Com corrente mais alta, de 1,0 A/g, o ânodo com sílica manteve 24,6% da capacidade, cerca de o dobro dos 12,5% retidos pelo grafite.

Impurezas e limites do estudo

A análise elementar identificou sódio em cerca de 4% e alumínio em menos de 1% dos átomos detectados na sílica. Os autores atribuem esses elementos a resíduos dos precursores e dos painéis. Eles dizem que o nível no eletrodo final é baixo demais para afetar o desempenho de forma relevante, mas ressalvam que o método usado dá resultados apenas semiquantitativos.

Outro ponto é que a sílica foi testada como está, sem ser convertida em silício, material que armazena bem mais lítio. A próxima etapa prevista pelos pesquisadores é reduzir essas nanopartículas a silício e avaliar o material em ânodos de silício.

Financiamento e o cenário de reciclagem na Coreia

A pesquisa recebeu recursos do Instituto de Tecnologia e Indústria Ambiental da Coreia (KEITI), por meio de um projeto sobre reciclagem de painéis solares do Ministério do Clima, Energia e Meio Ambiente, e de uma bolsa da Fundação Nacional de Pesquisa da Coreia, vinculada ao Ministério da Ciência e das TIC.

Outros grupos também tentam aproveitar resíduos solares em baterias. Em 2023, pesquisadores australianos estudaram a extração de silício de painéis descartados. Em 2024, pesquisadores da Universidade Nacional de Gyeongsang desenvolveram na Coreia do Sul um processo para recuperar pó de silício de alta pureza, com a meta de reaproveitá-lo em compostos como o óxido de silício.

No próprio país, as regras de responsabilidade estendida do produtor para módulos fotovoltaicos estão em vigor desde 2023. No primeiro ano, foram recicladas 688 toneladas de módulos, mais de quatro vezes a meta fixada.

Para o engenheiro de materiais e de baterias, o dado que pesa é a melhora no ciclo com corrente alta, de 24,6% contra 12,5%, obtida com uma fração de apenas 5% de sílica. Ainda assim, o resultado vem de células de laboratório com lítio metálico, e não de célula completa. Quem acompanha reciclagem fotovoltaica deve observar se o salto de capacidade se mantém quando o material for convertido em silício, a etapa que os autores ainda não testaram.