用废旧光伏板生产氢能与二次电池材料！

Published 25 Sep.2025 08:53(KST)

UNIST Baek Jongbeom教授团队开发在氨中加入硅分离氢气工艺

无需精制同步生产100%纯氢与氮化硅… 论文发表于JACS

一种利用硅从氨中提取储存的氢气的技术已经问世。

在提取过程中，这些硅会转变为二次电池原料，既能降低制氢成本，又能实现废旧光伏组件中硅材料的再利用，因此备受关注。

蔚山科学技术院（UNIST）能源化学工程系的 Baek Jongbeom 教授团队开发出了从氨中分离出纯度100%氢气的球磨工艺。

研究团队，（自左起）Professor Baek Jongbeom，Professor Lim Hangwon。UNIST提供

氨（NH₃）是一种可以低成本储存和运输清洁燃料氢气（H₂）的物质。这是因为按重量计算，其氢含量高达17.6%，且氨的储存和运输基础设施已经相当完善。问题在于，要重新取用化学形式储存在氨中的氢气，目前需要在400～600℃的高温下进行分解，并增加后续精制工序。

研究团队开发的工艺在约50℃的低温下即可发生反应，能源消耗少，而且无需额外精制过程就能获得氢气。具体做法是，在装有数毫米直径钢珠的密闭容器（球磨机）中，同时加入氨气和硅粉末并进行振动。

在钢珠的冲击和摩擦作用下，硅被活化，氨迅速分解并释放出氢气。氨分解后不仅产生氢气，还会生成氮气（N₂），但氮不会以气体形式排放，而是与硅发生反应，转化为氮化硅（Si₃N₄）。

实验中，氨气被完全分解，每小时生成102.5 mmol（毫摩尔）氢气。成分分析结果表明，其中完全不含氮气或未反应氨气等气体杂质，为纯度100%的氢气。使用实际从废旧光伏组件中回收的硅材料时，也获得了相同的转化率和纯度。

工艺的副产物氮化硅是一种可用作二次电池负极材料等用途的高附加值材料。利用所生产的氮化硅制成的锂离子电池，其容量达到391.5 mAh/g，在经历1000次以上充放电后，库仑效率仍维持在99.9%，并保持初始容量的80%以上。

此外，经济性分析结果显示，若将由废旧光伏组件制得的氮化硅的销售收益一并考虑在内，制氢单位成本约为－7.14美元/千克，即呈现“负成本”，反而可以获得经济收益。

Baek Jongbeom 教授表示：“这一成果为长期制约氨基氢能经济发展的氢气分离与精制问题提供了新的解决方案。使用实际从废旧光伏组件中回收的硅粉末时，与采用商业硅粉相比性能几乎没有差异，因此作为预计到2050年累计排放量将超过8000万吨的废旧光伏组件的再利用技术，也将具有重要价值。”

从氨中分离出纯氢气体的工艺示意图。

研究成果已于9月3日发表在化学领域权威学术期刊《美国化学会志》（JACS, Journal of the American Chemical Society）上。

本研究由科学技术信息通信部韩国研究财团、产业通商资源部韩国产业技术企划评价院等机构资助实施。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。