回收舊衣服 做成電解質

近期，浙江理工大學胡毅教授團隊與美國特拉華大學付堃教授團隊合作，以廢棄腈綸紗線（含染色腈綸）為原材料，構建出3D纖維網絡增強的腈綸基陶瓷復合納米纖維固體電解質，為廢棄紡織纖維的回收利用提供了新思路，同時也為開發適用于柔性可穿戴電子領域的高性能固體電解質提供了一種低成本、可行的解決方案。相關成果日前發表于國際學術期刊《ACS應用材料與界面》。

　　腈綸是由聚丙烯腈的丙烯腈共聚物制成的合成纖維。聚丙烯腈的聚合物鏈中的腈基，是具有高電化學穩定性的典型強吸電子基團，這使得聚丙烯腈聚合物成為制備固態電解質的理想候選材料。

　　胡毅介紹，腈綸在儲能器件中的應用具有可行性，服用腈綸與聚丙烯腈主要成分相同，成本也相對較低。若將廢棄服用腈綸替代聚丙烯腈聚合物作為原料應用于儲能領域，將實現廢棄紡織品的綠色低成本高值化利用。

　　此次研究中，科研人員對回收得到的廢舊腈綸紗（含染色腈綸）進行簡單的清洗和干燥處理后，再用潔凈的腈綸紗制備出腈綸溶液，繼而將鋰鑭鉭鋯氧（LLZTO）陶瓷納米粒子分散在腈綸溶液中，制備腈綸基陶瓷復合靜電紡絲前驅體溶液。“電紡已經實現產業化，因此我們選擇用電紡技術，獲得3D結構的LLZTO/腈綸納米纖維網絡，作為復合固態電解質的填充框架。”胡毅介紹，通過簡單的液相組裝，科研人員就可將聚合物溶液（PEO-LiTFSI溶液）滲透到復合纖維網絡中，得到LLZTO/腈綸復合固態電解質。

　　科研人員將整個制備過程比作鋼筋混凝土的建造過程，在這個制備過程中，腈綸起到了鋼筋框架的作用，而聚合物則滲透到復合纖維網絡中，相當于混凝土和鋼筋框架澆筑成一體。這樣制備出的增強型復合固態電解質具有更好的熱穩定性、機械性能和電化學穩定性。

　　近年來，固態電解質的研究成為一項熱點。與電解液相比，其在鋰離子電導率、提高電化學穩定性等方面均有提升。

　　此次實驗顯示，LLZTO/腈綸復合固態電解質表現出較高的離子電導率。由此制成的軟包電池可在動態彎曲下穩定工作，而且在極端條件下，能夠保持安全穩定運行并可為LED燈持續穩定供電。

　　胡毅介紹，LLZTO是一種氧化物陶瓷固體電解質，其納米顆粒均勻分散在連續的LLZTO/腈綸復合納米纖維中。這種結構不僅避免了LLZTO顆粒的團聚，而且能夠形成連續的離子傳輸路徑，還有利于導電聚合物溶液滲透到復合纖維框架中，以形成連續的陶瓷/聚合物界面，最終實現鋰金屬電池的穩定循環。

　　胡毅說，演示實驗證明了LLZTO/腈綸復合固態電解質在全固態鋰金屬電池中具備超高安全性，并有望作為柔性儲能器件應用到可穿戴電子產品當中。

　　“傳統平面固態電解質制備工藝繁瑣，而此次研究的3D結構固態電解質制備過程較為簡單。我們其實是用染整（即印染）的思維去做能源儲件。”胡毅介紹，制備過程中所用的LLZTO陶瓷納米顆粒為團隊自主研發，價格較低，因此整個制備過程成本相對較低。未來，該研究將有望應用于更多領域。