低炭素環境保護：リサイクル古着を利用した電解質製品の作り方

 

浙江理工大学の胡毅教授チームはこのほど、米デラウェア大学の付堃教授チームと協力し、廃棄アクリル糸（染色アクリルを含む）を原材料とし、3 D繊維ネットワークが強化されたアクリル系セラミックス複合ナノ繊維固体電解質を構築し、廃棄繊維の回収利用に新たな構想を提供した。また、フレキシブルウェアラブル電子分野に適した高性能固体電解質の開発にも低コストで実行可能なソリューションを提供している。関連成果は先日、国際学術誌「ACS応用材料とインタフェース」に発表された。

アクリルはポリアクリロニトリルのアクリロニトリル共重合体から作られた合成繊維である。ポリアクリロニトリルのポリマー鎖中のニトリル基は、高い電気化学的安定性を有する典型的な強い電子吸引性基であり、これにより、ポリアクリロニトリルポリマーは固体電解質を製造するための理想的な候補材料となる。

胡毅氏によると、エネルギー貯蔵装置におけるアクリルの応用は実行可能性があり、アクリルを服用するのはポリアクリロニトリルの主要成分と同じで、コストも相対的に低い。廃棄用アクリル酸置換ポリアクリロニトリル重合体を原料としてエネルギー貯蔵分野に応用すれば、廃棄繊維のグリーン低コスト高価値化利用を実現する。

今回の研究では、科学研究者は回収した廃アクリル糸（染色アクリルを含む）を簡単な洗浄と乾燥処理した後、清浄なアクリル糸でアクリル溶液を調製し、次にリチウムランタンジルコニウムジルコニウム酸素（LLZTO）セラミックナノ粒子をアクリル溶液に分散させ、アクリル系セラミックス複合静電紡糸前駆体溶液を調製した。「電気紡績はすでに産業化を実現しているので、私たちは電気紡績技術を用いて、3 D構造のLLZTO/アクリルナノファイバーネットワークを複合固体電解質の充填フレームとして獲得することを選んだ」と胡毅氏は紹介し、簡単な液相組立を通じて、科学研究者はポリマー溶液（PEO-LiTFSI溶液）を複合繊維ネットワークに浸透させ、LLZTO/アクリル複合固体電解質を得ることができる。

科学研究者は全体の製造過程を鉄筋コンクリートの建設過程にたとえ、この製造過程ではアクリルは鉄筋フレームの役割を果たし、ポリマーは複合繊維ネットワークに浸透し、コンクリートと鉄筋フレームを一体に鋳造することに相当する。このようにして製造された強化複合固体電解質は、より良い熱安定性、機械的性質、電気化学的安定性を有する。

近年、固体電解質の研究がホットスポットとなっている。電解液と比べて、リチウムイオン伝導率、電気化学安定性の向上などの面で向上している。

今回の実験により、LLZTO/アクリル複合固体電解質は高いイオン伝導率を示した。これにより製造されたフレキシブルパック電池は、動的曲げ下で安定して動作することができ、また極端な条件下では、安全で安定した動作を維持することができ、LEDランプの安定した電力供給を継続することができる。

胡毅氏によると、LLZTOは酸化物セラミックス固体電解質であり、そのナノ粒子は連続するLLZTO/アクリル複合ナノ繊維中に均一に分散している。この構造はLLZTO粒子の凝集を避けるだけでなく、