通过扩展的量子优化模型结合高斯过程回归技术提升电动汽车电池健康状态的预测精度

《Next Materials》：Boosting battery health prediction in electric vehicles via extended quantum optimized model with gaussian process regression

本研究提出基于Hansen溶解度参数的有机溶剂混合物（OSBCs）计算框架，通过Python算法筛选工业允许的环保溶剂组合（如二甲苯/甲苯混合物），实验验证其EVA膨胀效果可与有害氯化溶剂媲美，为退役光伏模块绿色回收提供新方案。

　　这项研究聚焦于解决太阳能光伏组件（Si-PVMs）在生命周期结束后，如何高效、安全且环保地进行回收利用的问题。Si-PVMs作为可再生能源技术的重要组成部分，其使用寿命通常在25至30年之间。随着这些组件逐渐达到使用寿命，它们将成为电子废弃物（E-waste）的一部分，对环境和循环经济构成挑战。因此，开发一种可持续的回收方法，特别是针对封装材料乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）的剥离技术，显得尤为迫切。

剥离技术是回收Si-PVMs过程中最关键的一环。如果能够有效地剥离EVA层，就能从太阳能电池中回收有价值的材料，如硅片、玻璃、铜线等。目前，剥离方法主要包括化学方法、热处理方法和机械方法。化学方法使用有机溶剂（OSs）进行剥离，这种方法在实验室研究中表现出较高的效率，但存在一定的局限性。特别是含有氯元素的有机溶剂，如三氯乙烯、四氯化碳和氯仿，在剥离EVA方面效果显著，然而这些溶剂因对环境和人体健康造成潜在危害，目前在工业应用中受到严格限制，甚至被禁止使用。因此，寻找一种能够替代这些有害溶剂的解决方案，成为当前研究的重点。

为了解决这一问题，研究团队提出了一种基于有机溶剂混合物（OSBs）的剥离方法。这种方法通过选择两种工业允许使用的有机溶剂，并按照特定的比例混合，形成有机溶剂混合物组合（OSBCs）。OSBCs能够与EVA发生有效的相互作用，从而实现剥离目的。与单一溶剂相比，OSBCs的性能在某些方面甚至可以与含有氯元素的溶剂相媲美，同时减少了对环境和人体健康的潜在影响。此外，研究还发现，一些绿色溶剂，如正丁醋酸酯、异戊醋酸酯、丙酮等，虽然单独使用时与EVA的相互作用较弱，但通过与其他溶剂形成混合物，其性能显著提升。

为了更系统地筛选出合适的OSBCs，研究团队开发了一个基于计算的框架。该框架利用Hansen溶剂参数（HSPs）对有机溶剂混合物进行设计。HSPs是一种用于评估溶剂与聚合物之间相容性的理论工具，它能够预测溶剂在特定材料上的溶解能力。通过计算EVA的HSPs，并与不同有机溶剂的HSPs进行比较，可以筛选出与EVA具有最佳相容性的溶剂组合。这种方法不仅提高了筛选的效率，还减少了实验过程中所需的资源和时间。

研究中采用的计算方法基于Python编程语言，能够自动化分析二元溶剂混合物的组合，并生成多种可能的混合方案。该算法通过计算溶剂与EVA之间的相似性，选择出能够实现最佳剥离效果的混合物。通过这种方式，研究人员可以避免使用那些被禁止或限制使用的有害溶剂，同时确保所选溶剂在工业应用中具有可行性。此外，研究还考虑了温度对溶剂与EVA相互作用的影响。在较高温度下，溶剂的渗透能力和聚合物链的流动性增强，从而促进EVA的膨胀和溶解。因此，优化温度条件对于提高剥离效率和减少材料损伤具有重要意义。

实验部分主要测试了不同有机溶剂混合物的剥离效果。研究团队选取了多种工业允许使用的有机溶剂，如二甲苯、甲苯、正丁醋酸酯、异戊醋酸酯、丙酮等，将它们按照不同的体积比例混合，并评估混合物与EVA的相互作用。实验结果表明，由二甲苯和甲苯组成的混合物在剥离效果上表现优异，其溶剂体积比（SVR）值较高，表明EVA的膨胀程度较大，从而有助于剥离。此外，一些天然溶剂，如松节油和d-柠檬烯，虽然单独使用时与EVA的相互作用较弱，但通过与其他溶剂形成混合物，其剥离效果显著提升。

为了进一步验证这些混合物的性能，研究团队还进行了统计分析。通过对SVR值的分析，可以评估不同混合物对EVA膨胀的影响程度。结果表明，含有绿色溶剂的混合物在剥离过程中表现良好，不仅能够有效促进EVA的膨胀，还能够减少对环境和人体健康的潜在危害。因此，这些混合物被认为是替代有害溶剂的有前景的解决方案。

此外，研究还探讨了其他剥离方法的可行性。例如，热处理方法可以通过高温分解EVA和Tedlar层，实现剥离。然而，这种方法需要大量的能源，且在高温下可能产生有害气体，如温室气体和挥发性有机化合物（VOCs），这不仅增加了环境负担，还提高了处理成本。因此，尽管热处理方法在实验室中可行，但在实际工业应用中可能并不理想。

机械剥离方法则是另一种常用的手段，它通过物理手段如破碎、研磨和剪切，实现EVA层的分离。这种方法相对简单且成本较低，但其效率可能受到多种因素的影响。例如，机械剥离可能无法有效分离EVA与玻璃或硅片之间的强粘结，导致材料混杂。此外，机械处理过程中可能产生含有有害物质的粉尘，如硅和重金属，这需要有效的粉尘收集和处理措施，以保护工人和环境的安全。

综上所述，这项研究通过开发一种基于计算的框架，系统地筛选出能够有效剥离EVA层的有机溶剂混合物。这种方法不仅避免了使用有害溶剂，还提高了剥离效率，同时减少了对环境和人体健康的潜在影响。研究结果表明，由二甲苯和甲苯组成的混合物在剥离效果上表现优异，能够替代含有氯元素的溶剂，成为一种可行的工业解决方案。此外，含有绿色溶剂的混合物也显示出良好的剥离性能，为未来更加环保的回收技术提供了方向。通过这种方式，研究团队为实现可持续的太阳能光伏组件回收提供了新的思路和技术支持。