昆工/云大/新南威尔士EES：光伏废硅增值转化制备高性能硅基负极

导语

随着光伏产业的蓬勃发展，光伏含硅固废料的处理和利用成为实现光伏绿色可持续发展的关键。昆明理工大学硅冶金与硅材料团队针对光伏硅切割废料的增值回用进行了深入研究，旨在通过绿色、高值的利用方式，减少经济损失并提升环境效益。

研究亮点

• 创新合成策略：昆明理工大学李绍元教授、陆继军特聘教授、云南大学马文会教授和新南威尔士大学郝晓静教授等人提出了一种硅切割废料超快转化合成非晶硅纳米线策略，获得优异的储锂性能。
• 焦耳热冲击技术应用：利用焦耳热冲击技术提供的快速生热与淬冷，在大梯度热场下诱导硅原子沿一维方向扩散，快速成核并原位生长为非晶硅纳米线。
• 高性能硅基负极材料：直接用作锂电负极展示出了优异的储锂性能，初始库伦效率约91.35%，循环200次后容量保持率约95%。

图文解读

图1：展示了合成示意图及纳米线形貌，建立了铜诱导硅晶粒快速成核生长为非晶硅纳米线模型。利用碳布的电热性质，调控适宜的大梯度热场诱导硅原子在氧化膜限域环境中沿一维方向进行扩散。

图2：展示了碳基体上原位生长的非晶硅纳米线材料直接用作锂电负极，无需额外的导电剂和粘结剂。其展示出了优异的储锂性能，初始库伦效率约91.35%，循环200次后容量保持率约95%。

图3：展示了储锂性能，包括循环伏安曲线、充放电曲线和循环性能测试，证明了材料的高效率和稳定性。

总结与展望

本研究利用光伏切割硅废料的禀赋及结构特征，通过焦耳热冲击方法将硅废料循环再生为非晶硅纳米线，并用于增强硅基负极材料的储锂性能。这一高效高值循环再生利用技术为光伏切割硅废料的增值回用提供了新思路，为低成本制备锂电用高性能非晶硅纳米线材料提供了新路径。未来的研究可进一步探索光伏废料的其他高值化利用途径，以及非晶硅纳米线在其他能源存储和转换技术中的应用潜力。

李绍元，昆明理工大学教授博导、西南联合研究生院博导。主要从事硅冶金与硅材料领域研究。先后主持国家重点研发计划课题1项，主持国家自然科学基金项目5项（面上项目2项）；主持云南省科技厅重大专项等省部级项目14项。近五年，在EES、AFM、Carbon Energy等期刊发表SCI论文100余篇，ESI高被引论文5篇，ESI热点论文3篇；获授权发明专利42件。后入选云南省优青、云南省“兴滇英才支持计划”青年拔尖人才和云南省“兴滇英才支持计划”产业创新人才；目前兼任中国有色金属学会半导体材料学术委员会委员，中国可再生能源学会光伏专委会委员，中国可再生能源学会青年工作委员会委员等职。研究成果获云南省科技进步特等奖1项，中国有色金属工业科学技术一等奖1项，云南省自然科学二等奖1项（公示结束）。先后指导学生实现“大挑”、“小挑”、“互联网+”三个A类赛事国赛二等奖的好成绩，2022年被共青团团中央授予第十七届“挑战杯”课外学术作品竞赛“优秀指导教师”称号。

陆继军，昆明理工大学特聘教授，博士毕业于中国科学院大学/中国科学院过程工程研究所，主要开展光伏二次资源绿色分离及增值循环利用研究。截止目前，以第一或通讯作者在Energy & Environmental Science、Advanced Energy Material，Advanced Functional Materials，Carbon Energy等国际有影响力期刊发表论文10余篇，封面、热点和高被引论文5篇；申请国家发明专利10余项，授权发明专利4项；主持国家自然科学基金、国家重点研发计划子课题、云南省兴滇英才“青年人才”等项目；获中国科学院院长优秀奖、中国颗粒学会卓越论文工程等多项奖励。

马文会，云南大学校长，昆明理工大学教授，博士生导师。国家高层次人才特聘教授、国家“万人计划”科技创新领军人才，云南省硅冶金与材料技术研究创新团队负责人。长期从事有色金属真空冶金、工业硅生产、多晶硅制备新技术及新能源材料制备等领域的研究。先后主持和参与国家自然科学基金、国家科技支撑计划、国际合作项目以及企业委托项目等40余项。获国家技术发明二等奖1项，省部级科技奖特等奖1项、一等奖5项、二等奖1项；以第一作者或通讯作者发表高水平SCI论文200余篇，申请国家发明专利100余项、获授权60项，出版学术专著或教材4部。

郝晓静，澳大利亚技术科学与工程院（ATSE）院士，新南威尔士大学（UNSW）终身教授、ARC未来研究员，光伏新材料研究组组长。主要研究领域为高效薄膜电池（硫族化合物、钙钛矿），叠层太阳能电池（硫族化合物、钙钛矿、III-V/Si叠层太阳能电池），以及应用硫族化合物生产清洁燃料。在2020年和2021年获得了澳大利亚总理科学奖（Prime Minister's Prizes for Science: Malcolm McIntosh Prize for Physical Scientist of the Year）和澳大利亚科学院物理学帕西奖章（Australian Academy of Science Pawsey Medal）等澳大利亚顶级学术大奖。在新兴薄膜太阳能电池方面取得了多项效率记录，在国际权威刊物Nature Energy，Nature Photonics等期刊发表论文200余篇，他引超过29000次，h-index：61，自2010年主持了18项澳大利亚基金委、澳大利亚可再生能源局等国家级科研项目。

深圳中科精研科技有限公司专注于为能源材料科学领域提供高质量的实验设备和解决方案。公司的产品线涵盖多种先进的材料合成和测试设备，这些设备在推动能源存储和转换技术的发展中扮演着关键角色。中科精研科技的产品以其高性能和可靠性，支持科研工作者在光伏材料回收和高值化利用等研究领域取得突破性进展，助力实现能源的绿色转型和可持续发展目标。