随着我国纺织品年均消耗量的快速增长，导致废旧化纤制品被当作垃圾处理而造成的环境污染问题日益凸显，其中与人们日常生活紧密相关的宏量废旧服用腈纶纺织品（包括废旧腈纶毛衣、毛线、纱线和纤维等）的循环再利用，已经成为国内外关注的焦点。当前，废旧服用腈纶主要通过化学法循环再利用，即把腈纶废丝聚合物中的腈基，经无机酸、碱、加热或加压等化学方法进行水解，转变为极性较强的羧基和酰胺基等亲水基团，进而形成丙烯酰胺和丙烯酸的无规共聚物，而非以纤维状态再生使用，由此造成当前服用腈纶回收利用工艺复杂、价值偏低。因此，废弃服用腈纶基纳米纤维的绿色简单制备，成为废弃纺织品高值化利用的一个重要研究方向。

  腈纶是由聚丙烯腈的丙烯腈共聚物制成的合成纤维。聚丙烯腈（PAN）因其优良的抗氧化性而被广泛用于纺织纳米纤维、高品质碳纤维等领域。并且，其聚合物链中的腈基（C≡N）是具有高电化学稳定性的典型的强吸电子基团，促使PAN聚合物成为制备固态电解质的理想候选。进而为腈纶在储能器件中的应用提供可行性。更为重要的是，服用腈纶与PAN主要成分相同，但其成本相对较低。因此，若将废弃服用腈纶替代PAN聚合物作为原料应用于储能领域，将实现废弃纺织品的绿色低成本高值化利用。

  鉴于此，浙江理工大学胡毅和美国特拉华大学付堃基于纺织化学与染整工程专业基础和柔性储能技术，报道了一种以废弃腈纶纱线为再生纤维原材料，将废弃服装腈纶纱线进行溶解，通过电纺技术将LLZTO陶瓷纳米粒子负载到腈纶基纳米纤维中，构建出具有3D纤维网络增强的腈纶基陶瓷复合纳米纤维固体电解质（LLZTO/腈纶电解质）。利用密度泛函理论(DFT)和电荷差分布(CDD)计算研究了腈纶基聚合物纤维与LLZTO纳米粒子之间的相互作用。计算结果显示腈纶纤维与LLZTO之间增强的界面相互作用将有助于促进LLZTO填料和聚合物之间快速连续的Li⁺迁移路径的建立。LLZTO/腈纶纳米纤维框架的引入不仅提供了3D连续离子传导路径，而且还提高了LLZTO/腈纶电解质的热稳定性和电化学稳定性（Li/Li电池稳定2350h不短路）。柔性LLZTO/腈纶电解质表现出更高的离子电导率（50 °C时为 3.61 × 10^-4 S cm^-1）和电化学稳定性（5.44 V vs. Li⁺ /Li）。具有LFP正极的全固态电池表现出高可逆容量（0.2 C，150次循环后为159.9 mAh g^-1）。本研究为开发适用于柔性可穿戴电子领域的高性能固体电解质提供了一种低成本、可行的解决方案，也为废弃纺织纤维的回收利用提供了新的研究思路。相关工作以“A Three-Dimensional Fiber-Network-Reinforced Composite Solid-State Electrolyte from Waste Acrylic Fibers for Flexible All-Solid-State Lithium Metal Batteries” 为题发表在国际著名期刊ACS Applied Materials & Interfaces上，影响因子9.5，DOI：10.1021/acsami.3c08335.

  研究显示，LLZTO/腈纶复合电解质表现出较高的离子电导率（50 °C时为 3.61 × 10^-4 S cm^-1）。利用密度泛函理论(DFT)和电荷差分布(CDD)计算研究了腈纶基聚合物纤维与LLZTO纳米粒子之间的相互作用。计算结果显示腈纶纤维与LLZTO之间增强的界面相互作用将有助于在LLZTO填料和聚合物之间建立快速且连续的Li⁺迁移路径。

图4：（a）采用LLZTO/腈纶电解质制成的柔性全固态锂金属软包电池的结构示意图，（b-f）软包电池的柔性和为电子产品供电的照片，（g）柔性软包电池的安全性能测试。

  本文利用废弃服装腈纶纱线（或染色腈纶纱线）作为再生纤维的原材料，构建了3D腈纶基陶瓷复合纳米纤维固态电解质。LLZTO/腈纶纳米纤维框架的引入不仅提供了3D连续离子传输路径，而且还提高了LLZTO/腈纶电解质的热稳定性和电化学稳定性。柔性LLZTO/腈纶电解质表现出较高的离子电导率（30°C时为1.01 × 10^-4 S cm^-1，50°C 时为3.61 × 10^-4 S cm^-1）和电化学稳定性（5.44 V vs. Li⁺ /Li）。此外，由复合电解质组成的锂对称电池能够稳定循环2350 h。具有LFP正极的全固态电池表现出高可逆容量（0.2 C，150次循环后为159.9 mAh g^-1）。更重要的是，柔性锂金属软包电池在不同物理条件下仍能安全稳定运行。这项工作为开发可用于柔性电子器件的高性能复合固体电解质提供了低成本且可行的解决方案。这项工作利用废弃腈纶纤维的想法在羊毛、棉花和合成纤维等纤维类废物的高值化回收和利用方面具有巨大的潜力。

  原文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.3c08335