Forscher verwenden recyceltes Blei aus Autobatterien zur Herstellung von Fotodetektoren
Recycling-Strategie könnte Blei aus Deponien fernhalten und gebrauchten Autobatterien ein zweites Leben in High-Tech-Geräten ermöglichen
Da die Preise für Lithium-Ionen-Batterien immer weiter sinken, verdrängen sie rasch die traditionell in Autos und anderen Fahrzeugen verwendeten Blei-Säure-Batterien. Dies führt zu einem plötzlichen Überfluss an gebrauchten Bleibatterien, die für die Umwelt und die Menschen schädlich wären, wenn sie nicht ordnungsgemäß recycelt würden. Um dieses Problem in den Griff zu bekommen, haben die Forscher eine umweltfreundliche Methode entwickelt, um Blei aus gebrauchten Bleisäurebatterien in Photodetektoren zu verwandeln, die im UV-Bereich arbeiten.
Die recycelten PbI2-Mikrokristalle weisen die für die Herstellung von Fotodetektoren erforderliche Qualität und Reinheit auf. Gezeigt wird die Herstellung von PbI2-Mikrokristallen im Kilogramm-Maßstab.
Longxing Su, Southern University of Science and Technology
"Wir glauben, dass diese Recyclingstrategie die Bleiverschmutzung durch gebrauchte Bleisäurebatterien erheblich reduzieren könnte, was für die Umwelt wichtig ist", so der Leiter des Forschungsteams Longxing Su von der Southern University of Science and Technology in China. "Die Fotodetektoren fördern die Recyclingwirtschaft, indem sie einen Markt für recyceltes Blei schaffen. Sie können für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, darunter optische Kommunikation, chemische Analyse und Bildgebung".
In der Fachzeitschrift Optics Letters der Optica Publishing Group beschreiben Su und Kollegen ihr Verfahren zur Extraktion von Blei aus ausrangierten Blei-Säure-Batterien und zur anschließenden Synthese von Blei(II)-Jodid (PbI2)-Mikrokristallen, die für den Einsatz in Fotodetektoren geeignet sind.
"Die recycelten PbI2-Mikrokristalle weisen die für die Herstellung von Fotodetektoren erforderliche Qualität und Reinheit auf", so Su. "Wir zeigen auch, dass die Mikrokristalle zur Herstellung von Photodetektoren mit hervorragender Stabilität, Wiederholbarkeit und schneller Ansprechgeschwindigkeit verwendet werden können."
Eine neue Verwendung für alte Batterien
Das in gebrauchten Bleibatterien enthaltene Blei kann zwar recycelt werden, aber die meisten der dafür verwendeten Methoden sind teuer und haben verschiedene Nachteile. Sus Forschungsteam entwickelte eine effizientere Strategie zur Herstellung von PbI2 aus der Bleipaste, die in Bleisäurebatterien enthalten ist.
Um das Blei aus der Paste zu extrahieren, entwickelten die Forscher ein Eintopfverfahren, für das nur kostengünstige, leicht erhältliche Chemikalien und keine kommerziellen Vorstufen benötigt werden, die die Kosten erhöhen würden. Bei dem Verfahren wird die Paste in eine gemischte Lösung mit überschüssigem Zitronensäuremonohydrat, Natriumcitratdihydrat und H2O2 gegeben. Das überschüssige Natriumcitratdihydrat bewirkt, dass sich fast das gesamte erzeugte Bleicitrat in der gemischten Lösung auflöst. Das Gemisch wird anschließend filtriert, um eine klare bleihaltige Lösung zu erhalten. Wird der Lösung überschüssige Jodwasserstoffsäure zugesetzt, bildet sich ein gelber PbI2-Niederschlag, der gesammelt und im Vakuum getrocknet wird.
Mit Hilfe eines einfachen Spin-Coating-Verfahrens haben die Forscher dann einen Fotodetektor aus dem so hergestellten PbI2 hergestellt. Sie untersuchten die Photoreaktion des Photodetektors unter Verwendung einer 300 W Xe-Lampe als UV-Vis-Lichtquelle und eines Halbleiter-Parameterinstruments als elektrischem Signalkollektor. Der von ihnen hergestellte PbI2-Photodetektor zeigte einen niedrigen Dunkelstrom von 1,06 nA und ein Ein-Aus-Verhältnis von 103 bei einer Vorspannung von 10 V.
Nächste Schritte
Die Forscher arbeiten nun daran, ihr Verfahren auf die Massenproduktion von recyceltem PbI2 auszuweiten. Vor der Kommerzialisierung müssen das recycelte PbI2 und die daraus hergestellten Fotodetektoren von unabhängigen Prüforganisationen und Unternehmen, die an der Verwendung der Fotodetektoren in nachgelagerten Produkten interessiert sind, überprüft werden.
"Wir hoffen, dass unsere Arbeit von Chemieunternehmen und nachgeschalteten Firmen wahrgenommen wird, damit unsere Methode auf den Markt ausgeweitet werden kann", so Su. "Unsere Methode des grünen Reaktantenrecyclings kann auch für andere Anwendungen nützlich sein, beispielsweise für die Herstellung von Solarzellen.
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