Un brevetto dell’Enea promuove un metodo innovativo e a basso impatto ambientale, per la produzione di anodi per le batterie agli ioni di litio, che utilizza il silicio recuperato dai moduli fotovoltaici dismessi.
Oggi il silicio è il semiconduttore di riferimento per efficienza e affidabilità nella produzione di moduli fotovoltaici. Si tratta di un materiale strategico dalle molteplici applicazioni in diversi settori (energia, elettronica, metallurgia, componentistica ad alta tecnologia, ecc.).
Pur essendo abbondantemente disponibile in natura, la sua produzione a partire dall’ossido di silicio è altamente energivora e comporta un elevato impatto ambientale.
La possibilità di ottenere silicio dai moduli fotovoltaici a fine vita è stata studiata da ENEA, che ha brevettato un processo per trasformare il silicio recuperato in un nanomateriale innovativo. Il metodo elimina le componenti del silicio ossidate e a bassa conducibilità elettrica, ottenendo una polvere di dimensioni nanometriche da utilizzare per creare un nuovo tipo di anodo, per batterie al litio a elevata densità di energia, durature e meno costose.
Silicio, da rifiuto a risorsa
«Attualmente il tasso di riciclo del silicio in Europa è pari a zero – afferma Maria Lucia Protopapa, del Laboratorio Materiali funzionali e tecnologie per applicazioni sostenibili del Centro Ricerche ENEA di Brindisi. Recuperare il silicio dai moduli fotovoltaici dismessi offre una modalità sostenibile di approvvigionamento di questo prezioso materiale. Si potranno così sviluppare composti alternativi alla grafite, un materiale critico utilizzato nelle batterie commerciali, rispondendo alla crescente domanda di accumulatori con densità di energia sempre più elevata».
I test elettrochimici hanno mostrato che il silicio ottenuto con il processo sviluppato da ENEA è in grado di formare leghe con il litio; quindi, è idoneo a realizzare anodi ad alta capacità per batterie dotate di prestazioni migliori rispetto a quelle commerciali realizzate in grafite.
Oltre a Maria Lucia Protopapa gli autori del brevetto sono, Michele Penza, Emiliano Burresi, Daniela Carbone, Martino Palmisano, Emanuela Pesce, Giovanni Battista Appetecchi, Selene Grilli, Elena Salernitano, Dario Della Sala.
I moduli fotovoltaici a fine vita sono dapprima separati dalla cornice d’alluminio, dal vetro di protezione, dai cavi e dalla scatola di giunzione, avviati ai rispettivi percorsi di riciclo; quindi, il pannello subisce una prima macinazione grossolana. I frammenti delle celle sono quindi separati per vagliatura dal vetro e dai materiali plastici, che inglobano il silicio e che sono eliminati con un trattamento termico. La polvere grossolana così ottenuta è setacciata e macinata finemente. La foto ritrae la fase di macinazione, eseguita nei laboratori ENEA inserendo i frammenti di celle fotovoltaiche da macinare dentro delle giare a tenuta ermetica, assieme a biglie metalliche. Il movimento impresso alle giare polverizza il silicio. 
La polvere ottenuta dalla macinazione è analizzata con tecniche differenti, per stabilirne la composizione chimica, la morfologia e la microstruttura. Nell’immagine i ricercatori dell’ENEA, che indossano dispositivi di protezione individuale, osservano su monitor distinti l’immagine della nanopolvere di silicio rivelata dal microscopio ottico (in alto) e il relativo segnale spettroscopico Raman prodotto dall’interazione della radiazione laser con il materiale, in via di acquisizione (in basso). Dopo le analisi chimico-fisiche la polvere di silicio è mescolata con carbone e un polimero in polvere, che garantiscono rispettivamente conduzione elettronica e stabilità meccanica all’elettrodo. 
La miscela è dispersa in un solvente e depositata su un foglio di rame, che ha la funzione di portacorrente. La foto mostra la posa del materiale anodico, una pasta a base di polvere di silicio – sul substrato di rame – mediante spatola. Il foglio di rame è infine perforato per ottenere l’anodo circolare, da inserire nella batteria agli ioni di litio con gli altri componenti, in atmosfera controllata. 
