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2021年全球累计光伏装机量超过940GW，我国累计装机量超过300GW，预计中国未来年新增装机水平超过100GW，才能有效支撑碳中和目标的实现。同时，国际能源署预测，全球光伏组件将迎来退役大潮，2030年全球光伏组件回收将达到千万吨级。然而，如何处置退役光伏组件，实现其中银、铜、硅、铝等能源金属的清洁高效回收是光伏组件循环利用的关键。近日，中国科学院过程工程研究所王志研究员团队在退役光伏层压件绿色溶胀分离与高值化利用方面取得系列进展。基于“空间位阻”和“相似相溶”原理，筛选了DMPU、EGDA、DBE等系列绿色溶胀试剂，实现了光伏层压件中EVA的可控溶胀；并通过界面润湿强化和粘结界面的微波非均匀加热等手段实现了光伏层压件不同组分的快速解离；以回收废硅为原料，结合其组成及结构特征，通过研发的电致热冲击法一步再生为硅纳米线材料，用于增强锂离子电池硅基负极储锂性能。图1 新型试剂和传统试剂分离效果对比
针对传统溶胀剂（甲苯、三氯乙烯等）毒性高、危害大以及过溶胀现象导致的硅片受力不均过粉碎现象等难题，研究团队利用“空间位阻”原理，筛选了DMPU等类平面结构试剂（Solar energy materials & Solar cells, 2022, 245, 111870）、利用“相似相溶”原理，筛选了EGDA、DBE等脂类溶胀试剂（Solar Energy, 2023, 253, 117-126; Clean Technologies and Environmental Policy, DOI: 10.1007/s10098-023-02496-1）。与传统溶胀剂相比，新试剂可实现EVA的可控溶胀，避免了溶胀过程中受力不均导致的电池片碎片化，大幅提高了后续能源金属的分选、提取效率（图1）。同时，新溶胀剂无毒无害，可大幅降低对人体和环境的危害，并实现循环回用。进一步通过介质在玻璃上的界面润湿强化（JOM, 2020, 72, 2624–2632）和层间极性/非极性物质的微波不均匀加热（Solar energy materials & Solar cells, 2021,230, 111213，图2），大幅提高了介质在EVA粘结层的界面传质，将层间分离时间降低至小于30 min。相关研究成果为退役光伏组件压层间的绿色分离提供了理论指导，大幅减少后续进入金属回收环节的干扰物料（玻璃、背板等）。结合回收废硅料自身组成和结构特征，通过研发的电致热冲击技术（Energy Storage Materials, 2022, 46, 594-604; Advanced Energy Materials, 2021, 11, 2102103）一步再生为硅纳米线材料，用于提高锂离子电池储锂性能。上述工作为退役光伏组件短程高值化循环利用提供了新思路。图2 微波场强化EVA粘结界面解离过程