吉林大学Adv. Mater. ：变废为宝-工业废水修饰废布料用于管状柔性可穿戴钠离子电池

【引言】

工业废水是水污染的主要源头，包括各种导致一系列生态系统和人类健康问题的有毒物质，如氰化物、碱洗清洁剂、脱脂溶剂、油脂和金属离子等。其中，含镍废水由于其高流量负载和毒性引起了人们的高度关注。通常镍源可以通过不同方法处理，包括化学沉淀、离子交换吸收和化学移除等。但是这些方法成本高而且复杂低效，在实际情况中难以分离并转换成含金属的产品再次使用。此外，棉纺织品(cotton textile,CT)的需求量不断增加，大量CT废料产生，与其他废料一样，其带来的一系列环境问题日益显著。

【成果简介】

近日，来自吉林大学材料科学与工程学院鄢俊敏教授（通讯作者）在期刊Advanced Materials上发表了题为” Decorating Waste Cloth via Industrial Wastewater for Tube-Type Flexible and Wearable Sodium-Ion Batteries”的文章。该文章报道了一种变废为宝的方法，从工业废水中回收有价值的金属离子，并将废布料转化为有用的新能源材料。该方法把废弃实验服作为原材料并运用其机械强度和柔性，使用模拟的含镍化学电镀废水(simulated nickel-containing electroless plating waste-water,SNCW)，合成了一种含镍棉纺织品(Ni-coated CT,NCT)的柔性集流体。制得的NCT有许多优良特性，包括良好机械强度/柔性、优异电导性和电化学稳定性等。而且，该无粘合剂的电极通过涂布普鲁士蓝石墨烯复合物在NCT上(PB@GO@NCT)，展示了良好的柔性和倍率特性(30C)，以及卓越的循环稳定性(达到1800次循环)，并成功运用在管状柔性可穿戴钠离子电池上。

【图文导读】

图一：NTC的制备以及Ni的处理。

a)NTC的合成原理；

b)SNCW的颜色随着时间改变；

c)镍浓度随着时间改变的ICP-AES的数据

图二：NCT的各种参数表征。

a-c):NCT的SEM图；

d):压力-应变曲线；

e、f):NCT和其他柔性集流体导电性/密度比较；

g):NCT中N-甲基吡咯烷酮的接触角；

h):第一次循环中0-5V的NCT循环伏安图；

i):2-4V的NCT的电化学稳定性。

图三：PB@GO@NCT电极的表征以及性能。

a-c):SEM表征；

d):0.1mV/S扫描速度下的CV曲线；

e):0.5C电流密度下的恒流充放电曲线；

f):不同电流密度下的倍率特性；

g):5C电流密度下的循环特性。

图四：管状柔性钠电池组装及其性能。

a):管状柔性钠电池结构；

b):电池实物图；

c-f):不同情况下点亮的LED；

g):50mA/g电流密度下的充放电曲线；

h:100mA/g电流密度下的循环特性。

【小结】

提出了一种简单易行低成本方法，有效地净化化学电镀镍废水，以及建造了棉纺织品废料作为新型电极基底。令人惊喜的是，得到的NCT拥有许多特性，如高机械强度/柔性、良好电导性和电化学稳定性。而且，无粘合剂的PB@GO@NTC电极展现了良好的电化学特性，包括超过110mAh/g的高容量、30C的高倍率性能和1800次的超长循环寿命。更重要的是，第一次制备了新型管状柔性可穿戴钠离子电池，拥有高能量密度、良好柔性和长循环寿命。该方法能够用于处理工业废水和废布料，打开了一条通往建造资源可持续利用和环境友好型社会的全新道路。

文献链接：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组Jespen供稿，材料牛整理编辑。

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