吉林大學Adv. Mater. ：變廢為寶-工業廢水修飾廢布料用于管狀柔性可穿戴鈉離子電池

【引言】

工業廢水是水污染的主要源頭，包括各種導致一系列生態系統和人類健康問題的有毒物質，如氰化物、堿洗清潔劑、脫脂溶劑、油脂和金屬離子等。其中，含鎳廢水由于其高流量負載和毒性引起了人們的高度關注。通常鎳源可以通過不同方法處理，包括化學沉淀、離子交換吸收和化學移除等。但是這些方法成本高而且復雜低效，在實際情況中難以分離并轉換成含金屬的產品再次使用。此外，棉紡織品(cotton textile,CT)的需求量不斷增加，大量CT廢料產生，與其他廢料一樣，其帶來的一系列環境問題日益顯著。

【成果簡介】

近日，來自吉林大學材料科學與工程學院鄢俊敏教授（通訊作者）在期刊Advanced Materials上發表了題為” Decorating Waste Cloth via Industrial Wastewater for Tube-Type Flexible and Wearable Sodium-Ion Batteries”的文章。該文章報道了一種變廢為寶的方法，從工業廢水中回收有價值的金屬離子，并將廢布料轉化為有用的新能源材料。該方法把廢棄實驗服作為原材料并運用其機械強度和柔性，使用模擬的含鎳化學電鍍廢水(simulated nickel-containing electroless plating waste-water,SNCW)，合成了一種含鎳棉紡織品(Ni-coated CT,NCT)的柔性集流體。制得的NCT有許多優良特性，包括良好機械強度/柔性、優異電導性和電化學穩定性等。而且，該無粘合劑的電極通過涂布普魯士藍石墨烯復合物在NCT上(PB@GO@NCT)，展示了良好的柔性和倍率特性(30C)，以及卓越的循環穩定性(達到1800次循環)，并成功運用在管狀柔性可穿戴鈉離子電池上。

【圖文導讀】

圖一：NTC的制備以及Ni的處理。

a)NTC的合成原理；

b)SNCW的顏色隨著時間改變；

c)鎳濃度隨著時間改變的ICP-AES的數據

圖二：NCT的各種參數表征。

a-c):NCT的SEM圖；

d):壓力-應變曲線；

e、f):NCT和其他柔性集流體導電性/密度比較；

g):NCT中N-甲基吡咯烷酮的接觸角；

h):第一次循環中0-5V的NCT循環伏安圖；

i):2-4V的NCT的電化學穩定性。

圖三：PB@GO@NCT電極的表征以及性能。

a-c):SEM表征；

d):0.1mV/S掃描速度下的CV曲線；

e):0.5C電流密度下的恒流充放電曲線；

f):不同電流密度下的倍率特性；

g):5C電流密度下的循環特性。

圖四：管狀柔性鈉電池組裝及其性能。

a):管狀柔性鈉電池結構；

b):電池實物圖；

c-f):不同情況下點亮的LED；

g):50mA/g電流密度下的充放電曲線；

h:100mA/g電流密度下的循環特性。

【小結】

提出了一種簡單易行低成本方法，有效地凈化化學電鍍鎳廢水，以及建造了棉紡織品廢料作為新型電極基底。令人驚喜的是，得到的NCT擁有許多特性，如高機械強度/柔性、良好電導性和電化學穩定性。而且，無粘合劑的PB@GO@NTC電極展現了良好的電化學特性，包括超過110mAh/g的高容量、30C的高倍率性能和1800次的超長循環壽命。更重要的是，第一次制備了新型管狀柔性可穿戴鈉離子電池，擁有高能量密度、良好柔性和長循環壽命。該方法能夠用于處理工業廢水和廢布料，打開了一條通往建造資源可持續利用和環境友好型社會的全新道路。

文獻鏈接：Decorating Waste Cloth via Industrial Wastewater for Tube-Type Flexible and Wearable Sodium-Ion Batteries(Adv.Mater.,2017,DOI: 10.1002/adma.201603719)

本文由材料人新能源組Jespen供稿，材料牛整理編輯。

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