CC BY
3
УДК 620.91
Шамин А.А. аспирант
кафедра «нано- и микроэлектроника» Пензенский Государственный Университет
Печерская Е.А., д.тн. научный руководитель, профессор
Россия, г. Пенза
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДИЙОДИДА СВИНЦА ИЗ СТАРЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ
Аннотация: В данной статье описана методика синтеза дийодида свинца из старых автомобильных аккумуляторов
Ключевые слова: дийодид свинца, СЭ ГОНП, перовскит, солнечные элементы, возобновляемые источники энергии
Shamin A.A., post-graduate student at the department "Nano- and microelectronics"
Penza State University Russia, Penza Scientific director: Pecherskaya E.A.
Proffesor
TECHNOLOGY FOR PRODUCING LEAD IODIDE FROM AN OLD
CAR BATTERY
The summary in English: This article describes synthesis procedure lead iodide from old car batteries.
Key words: lead iodide, solar cells based on perovskite, perovskite, solar cells, renewable energy sources
Свое название солнечные элементы на основе гибридных органо-неорганических перовскитов (ГОНП) получили из-за того, что сам слой перовскита обладает кристаллической структурой, схожей с кристаллической решеткой минерала перовскита титаната кальция СаТЮЗ (Рисунок 1).
Рисунок 1. кристаллическая структура соединений перовскитов Типичная формула соединения перовскита, используемого в
солнечной энергетике, СНЗМНЗРЬХЗ, где СНЗМНЗ - метиламмония ион, РЬ - атом свинца, а X - ион из числа галогенов (может быть как йод - I, Вг -бром, так и С1 - хлор). Хорошо видно, что атомы метиламмония (зеленый) расположены в узлах слабо искаженной решетки кубического типа. В центрах псевдокубов лежат атомы свинца (черный) (в некоторых солнечных элементах на основе ГОНП вместо свинца может быть использовано олово). Атомы галогенов (синий) образуют вокруг атомов свинца практически правильные октаэдры, несколько развернутые и наклоненные относительно идеальных положений. Как правило, данный слой формируется методом центрифугирования с использованием диметиформамида (ОМУ) в качестве растворителя соли дийодида свинца РЬ12 [1].
Методика получения дийодида свинца состоит из следующих этапов:
1. Расчет масс реагирующих веществ с точностью до 0.1 мг с целью приготовления растворов с заданной концентрацией. Для получения порошка дийодида свинца использовались следующие химические вещества:
• Дистиллированная вода (Н20)
• Нитрат свинца (РЬ(КО3)2)
• Йодид калия (К1)
2. Наполнение объема, в котором будет происходить реакция, дистиллированной водой (Н20) с последующим полным растворением в ней соли йодида калия (К1). Для повышения скорости растворения соли необходимо постоянно перемешивать получившийся раствор стеклянной палочкой до исчезновения видимых кристаллов соли [2].
3. Добавление в раствор нитрата свинца (РЬ(КО3)2). Жидкость окрашивается в ярко-желтый цвет, как показано на рисунке. Молярное соотношение йодида калия и нитрата свинца 1:1. Происходит следующая реакция (рисунок 2):
Рисунок 2. Раствор нитрата свинца и йодида калия в дистиллированной воде 4. Как видно из химической формулы, выпавший осадок является дийодидом свинца РЬ12. Его необходимо извлечь из полученного объема путем выпаривания жидкости. В результате полной просушки остается
желтый порошок дийодида свинца (рисунок 3).
Рисунок 3. - Дийодид свинца в виде порошка
Однако, как уже было отмечено ранее, главным преимуществом солнечных элементов на основе гибридных органо-неорганических перовскитов является тот факт, что они могут быть изготовлены из распространенных металлов и промышленных химических веществ. Таким образом, в качестве источников получения необходимых компонентов могут выступать промышленные отходы, содержащие свинец. Основной проблемой такого подхода является сложность извлечения и последующей обработки. Однако, существенное снижение стоимости конечного продукта, а также снижение нагрузки на окружающую среду, позволяет утверждать, что такой способ может стать хорошей альтернативой существующим методам получения или восстановления свинца [3].
Далее будет рассмотрен способ получения нитрата свинца (РЬ(КО3)2) путем переработки пластин свинца и диоксида свинца, извлеченных из старого автомобильного аккумулятора.
1. Необходимо извлечь из старого автомобильного аккумулятора свинец. Для этого требуется слить электролит из аккумулятора и затем несколько раз промыть его дистиллированной водой (H20). После чего полностью заполнить объем аккумулятора пищевой солью и оставить в таком состоянии на несколько дней.
2. Высушенный и промытый от пищевой соли аккумулятор следует вскрыть, обнажив электродные панели, и затем извлечь электроды из корпуса. Затем следует извлечь катод и анод и, не смешивая их, разложить по ёмкостям, поскольку анод - это чистый свинец а катод - диоксид свинца (Pb02),
3. Поместить катод - диоксид титана (Pb02) в печь на пять часов при температуре 600 °С, что позволит преобразовать его в диоксид титана (Pb0):
6РЬ02 ^ 6РЬО + 302 Т (2)
4. Растворить свинец с анода в азотной кислоте HN03, а оксид свинца - в уксусной кислоте CH3C02H:
Pb + 4HN03 ^ Pb(N03)2 + 2N02 t +2H20, (3)
PbO + 2(CH3C02)H ^ (CH3C02)2Pb + H20. (4)
5. Смешать полученные растворы с йодидом калия с целью выпадения осадка дийодида свинца. Оба раствора окрашиваются в ярко-желтый цвет так же, как на рисунке 9:
Pb(CH3C02) + 2KI ^ Pbl2 I +2К(СН3С02) (5)
Pb(N03)2 + 2KI ^ РЫ2 I+2KN03. (6)
Использованные источники:
1. Kojima A., Teshima K., Shirai Y., Miyasaka T., Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells, - 2009
2. Snaith H. J., Perovskites: the emergence of a new era for low-cost, high-efficiency solar cells // J. Phys. Chem. Lett. - 2013 - P. 3623-3630.
3. Eperon, Giles E.; Stranks, Samuel D.; Menelaou, Christopher; Johnston, Michael B.; Herz, Laura M.; Snaith, Henry J., "Formamidinium lead trihalide: a broadly tunable perovskite for efficient planar heterojunction solar cells". Energy & Environmental Science - 2014
УДК 620.91
Шамин А. А. аспирант
кафедра «нано- и микроэлектроника» Пензенский Государственный Университет
Печерская Е.А., д.тн. научный руководитель, профессор
Россия, г. Пенза
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ПЛЕНОК
ПЕРОВСКИТА В СЭ ГОНП
Аннотация: В данной статье описана методика получения пленок гибридных органо-неорганических перовскитов. Доработана центрифуга, представленная на кафедре «Нано- и микроэлектроника» Пензенского Государственного Университета.
Ключевые слова: центрифугирование, СЭ ГОНП, перовскит, возобновляемые источники энергии
Shamin A.A., post-graduate student at the department "Nano- and microelectronics"
Penza State University Russia, Penza Scientific director: Pecherskaya E.A.
Proffesor
COMPARATIVE ANALYSIS OF ENERGY EFFICIENCY PEROVSKITE FILMS IN SOLAR CELLS
The summary in English: his article describes a method of producing films
