Explorando la recuperación electroquímica de plata de módulos solares al final de su vida útil

Un grupo de investigadores de Australia ha investigado los factores electroquímicos que influyen en la recuperación de plata durante el reciclaje de módulos solares. El estudio examinó, en particular, el impacto del material del electrodo, la densidad de corriente y la contaminación por cobre sobre la electrodeposición de plata.

“Aunque la plata representa solo alrededor del 0,03% del peso de un módulo fotovoltaico completo, constituye la mitad del valor de los materiales. Si se mantiene el escenario habitual, se estima que entre el 85% y el 95% de las reservas mundiales de plata podrían quedar inmovilizadas en módulos fotovoltaicos para 2050”, afirmaron los investigadores. “La recuperación electroquímica de plata a partir de células solares fotovoltaicas ha sido explorada experimentalmente en la literatura; sin embargo, pocos trabajos se han centrado en comprender la influencia de las variables subyacentes del proceso”.

Para el estudio, el equipo preparó un electrolito de lixiviación de plata que contenía ácido nítrico (HNO₃) 4 M y nitrato de plata (AgNO₃) 20 mM para representar la plata disuelta recuperada de células solares recicladas. Posteriormente, el electrolito fue evaluado en una celda electroquímica de tres electrodos equipada con cuatro materiales catódicos diferentes: plata, acero inoxidable 316L, cobre y grafito.

Tras determinar el material de electrodo más adecuado, los investigadores analizaron los efectos de la densidad de corriente y de la concentración de cobre sobre la deposición de plata. La densidad de corriente se varió entre −5, −20, −35 y −50 mA cm⁻², mientras que las concentraciones de cobre en el electrolito se ajustaron a 10, 20 y 30 mM.

La tasa de recuperación de plata resultante, la eficiencia faradaica, el potencial de deposición, la morfología del depósito y la pureza se evaluaron mediante análisis gravimétrico, voltametría cíclica, microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía de rayos X por dispersión de energía (EDS) y difracción de rayos X (XRD).

Resumen gráfico del proceso de recuperación | Imagen: Universidad de Newcastle, Electrochimica Acta, CC BY 4.0

“Se encontró que el acero inoxidable ofrecía un desempeño comparable al de la plata, logrando una tasa promedio de recuperación del 93% y una eficiencia faradaica del 92%, al tiempo que proporcionaba una mayor estabilidad y evitaba la contaminación de la plata depositada”, informaron los investigadores. “El electrodo de cobre fue inestable en el electrolito y se disolvió durante la deposición, mientras que el electrodo de grafito no logró producir de manera consistente un depósito de plata estable”.

Tras identificar el acero inoxidable 316L como el material de electrodo más adecuado, el equipo investigó su desempeño con diferentes densidades de corriente. Los resultados mostraron que el aumento de la densidad de corriente mejoró la recuperación de plata y la eficiencia faradaica, pasando del 87% y el 86% a −5 mA cm⁻² al 93% y el 96% a −35 mA cm⁻². Más allá de ese punto, tanto la recuperación como la eficiencia disminuyeron. “La densidad de corriente también tuvo un efecto significativo sobre la morfología del depósito, con una disminución del tamaño de las partículas a medida que aumentaba la densidad de corriente”, agregaron los investigadores.

Los científicos también encontraron que la concentración de cobre en el electrolito tuvo un impacto significativo sobre el comportamiento electroquímico del sistema, como demostraron las mediciones de voltametría cíclica. La concentración de cobre también pareció influir en la nucleación y deposición de la plata, dando lugar a cambios morfológicos en los depósitos. “A pesar de ello, la plata depositada no mostró evidencia de codeposición de cobre en las concentraciones ensayadas, con un máximo de 30 mM de cobre y 20 mM de plata”, señalaron los investigadores.

Sus hallazgos aparecieron en “A parametric analysis of electrochemical variables in silver recovery for solar module recycling“ (Un análisis paramétrico de variables electroquímicas en la recuperación de plata para el reciclaje de módulos solares,), publicado en Electrochimica Acta. En el estudio participaron científicos de la Universidad de Newcastle, CSIRO Energy y PV Industries, de Australia.