基于静电纺丝碳纳米纤维的超级电容器电极材料研究进展

超级电容器具有比电池更高的功率密度、更快的充电/放电速率、更好的安全性和更长的循环寿命等优异特性得到了广泛关注.决定超级电容器性能的核心因素之一是其电极材料性能.静电纺丝技术是一种简单有效制备纳米纤维的方法,所制备的纳米纤维具有大的比表面积、良好的导电性和优异的柔韧性.因此,静电纺丝纳米纤维被广泛应用于超级电容器的电极...     

聚丙烯腈基碳纳米纤维在超级电容器电极材料中的应用研究进展

超级电容器是一种介于电池和传统物理电容器之间的新型环保储能器件,近年来得到了研究者的广泛关注。电极材料是超级电容器的核心部分,因此具有更高的研究价值。聚丙烯腈基碳纳米纤维因具有良好的静电纺丝性、较高的碳化产率、优异的纳米结构、超高的比表面积以及优良的导电性和稳定性,已经成为超级电容器电极材料的研究热点。本文主要介绍了聚丙烯腈基交联结构和多孔结构碳纳米纤维电极材料,元素掺杂电极材料以及与碳材料、导电聚合物、金属氧化物复合的电极材料,并对聚丙烯腈基碳纳米纤维电极材料未来的研究方向进行了展望。     

静电纺柔性超级电容器电极材料的研究进展

柔性超级电容器具有充放电速度快、功率密度高和能量密度高等优点,已成为智能可穿戴设备的理想供能器件。其中,优异的电化学性能和良好的柔韧性是供能器件追求的关键性能指标,而电极材料是其中的核心部分。电极材料的制备方法有沉积法、纺丝法、喷涂法、涂覆法和3D打印等,其中,纺丝法中的静电纺丝技术工艺简单、纤维形貌可控性强,且制备的纤维比表面积大、孔隙率高、柔性好,经过碳化处理后,不需要粘结剂就可直接作为超级电容器的电极材料。本文综述了近年来常规和新型静电纺柔性电极材料在超级电容器领域应用的最新研究进展,并对其进行了分类,对比了不同种类电极材料的制备方法和后处理工艺。据文献资料报道,基于静电纺纳米纤维膜碳化处理后的电极材料具有大的比表面积和含碳率,通过后处理优化材料的孔结构或者在表面负载金属氧化物,都可以很好地提升其电化学性能,实现其使用效能。除了前驱体原料外,纳米纤维的形貌、预氧化和碳化温度、升温速率,以及通过活化等后处理形成的孔结构等因素都会对电极材料的柔性产生极大影响。本文通过对电极材料的分类、对新材料的介绍,为研究人员开发和使用新材料提供一个方向。此外,本文对提升电极材料电化学性能的诸多方法...     

我国纳米纤维锂离子电池隔膜项目通过验收

北京市科委、北京新材料发展中心组织专家组到理化所进行“静电纺丝法制备纳米纤维锂离子电池隔膜研究”项目的评审验收。专家组一致认为,以静电纺丝法制备纳米纤维锂离子电池隔膜,是对新型隔膜材料的制备方法和制备工艺的创新性研究,是对锂离子电池隔膜实现国产化途径的有益探索;所形成的多针喷头组控技术突破了以往单喷头静电纺丝技术制备效率低的瓶颈,具有良好的实际应用前景;     

静电纺丝在高效可逆离子电池储能中的应用

高效、稳定、低成本可逆离子电池的研究对大型能源存储、便携电子设备、电动汽车、航空航天以及生态环境等领域的发展有着重大意义。可逆离子电池电极材料的微纳设计与结构调控是其高性能化的重要途径。静电纺丝制备功能微纳电极材料具有以下优势:(1)一维构筑单元有利于电子快速传导;(2)微纳化构筑单元具有短的离子扩散距离和高电极/电解液接触比表面积;(3)三维网络骨架结构可有效降低电极结构破坏。同时,通过调节静电纺丝体系参数可实现电极材料的结构、组分、尺寸、表面修饰、掺杂等参量可控制备。非金属(如Si、Ge)、金属(如Sn、Sb)以及过渡金属氧化物(如SnO_2、Fe_2O_3、Co_3O_4)、金属硫化物(如MoS_2、Co_9S_8)负极材料以及磷酸盐(如LiFePO_4、Li_3V_2(PO_4)_3)因具有高的理论比容量和能量密度等优点而被广泛地应用于超级电容器、离子电池(锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池)等新一代储能器件中。然而,低导电性、高体积膨胀率等使得这类材料的倍率性能和使用寿命极大降低,制约了它们的商业化应用前景。基于碳材料(非晶碳、碳纳米管、石墨烯)以及导电聚合物设计制备不同微纳结构的碳基和聚合物基复合材料可有效解决以上难题,提高其储能性能。静电纺丝技术可以通过设计纺丝装置,调控纺丝前驱液的浓度,结合超声磁力搅拌促进纳米颗粒均匀分散以及高温热解等参量调控,有效制备得到自支撑纺丝碳基纤维复合材料。近年来,基于静电纺丝制备的柔性自支撑结构材料被广泛应用于能源存储领域,包括超级电容器、隔膜材料、离子电池等。然而,不同聚合物静电纺丝条件有较大差异,主要由聚合物的分子量大小、带电基团分布、亲疏水性、溶剂、溶液粘度等参量所决定。聚合物静电纺丝的前驱液主要为水溶性高分子与非水溶性高分子,溶剂通常为N,N-二甲基甲酰胺、乙醇等。聚合物与金属盐常被用于静电纺丝制备微纳复合纤维材料,通过调节纺丝参量(如聚合物溶液粘度、溶剂种类、电压、针尖与接收装置之间的距离、聚合物输运速率、温度以及湿度等)对其结构特性进行精确调控,实现储能容量和稳定性的双提升。本文将主要从以下几个方面介绍静电纺丝在可逆离子电池储能中的应用:静电纺丝技术进展,静电纺丝微纳材料在可逆离子电池中的应用,以及该领域研究的总结与展望。     

静电纺丝纳米纤维的应用进展

近年来静电纺丝技术在制备纳米纤维领域得到了广泛应用,被认为是制备纳米纤维最简单有效的方法之一。通过静电纺丝法制备的纳米纤维具有长径比大、孔隙率高、比表面积大等优点,在过滤材料、生物医学、传感器以及其他特殊领域都有着良好的应用前景。主要介绍了近几年来国内外静电纺丝纤维在过滤吸附膜、生物医学、传感器、防护应用及其他一些特殊领域中的研究现状,并展望了静电纺丝纳米纤维的发展趋势和研究方向。     

静电纺纳米纤维材料在环境领域中的应用研究进展

近年来,通过静电纺丝技术制备纳米纤维材料已成为材料科学领域最重要的学术与技术活动之一。静电纺丝以其制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类繁多、工艺可控等优点,已成为有效制备纳米纤维材料的主要途径之一。目前,利用静电纺丝技术不仅能实现多种纳米纤维材料包括聚合物、无机物、聚合物/聚合物复合物、聚合物/无机物复合物以及无机物/无机物复合物等的构筑,而且可以实现纤维多级粗糙结构、堆积密度、纤维直径、比表面积、连通性等结构特性的精细调控。各种各样的静电纺纳米纤维材料经过发展、研究和商业化,已被广泛应用于环境领域的各个方面,为许多环保难题诸如有害物质监控、污水处理、水体浮油处理等的解决提供了新的方向。结合东华大学纤维材料改性国家重点实验室近期在静电纺纳米纤维领域的研究成果,简要介绍了静电纺纤维材料的研究背景、制备技术及其在环境领域中的应用研究进展。     

静电纺丝法制备纳米多孔氧化物的研究进展

简要阐述了静电纺丝法制备纳米多孔氧化物的基本原理,归纳分析了近年来已成功制备出的几种纳米多孔氧化物的材料特性和制备方法,总结了静电纺丝工艺参数对制备多孔氧化物的结构和形貌的影响规律,包括聚合物及其溶液性质,电压、电极间距、液体流速等纺丝条件,以及环境等因素。详细介绍了近几年国内外静电纺丝纤维在过滤及个体防护、传感器、自清洁和催化载体及其他一些特殊领域中的研究现状和静电纺丝的两种新方法、新技术,并对其技术发展方向及产业化前景进行了分析预测。     

静电射流技术制备纳米材料的研究进展

电流体动力学射流技术包括静电喷雾和静电纺丝2项孪生技术,是新型的纳米材料制备方法,可以制备纳米薄膜、纳米纤维、壳一鞘结构纤维、纳米管、微纳米包囊、量子点等各种形态的纳米材料.对此进行了系统的总结:静电喷雾技术制备的薄膜比常规喷雾法制备的薄膜更为均匀;静电纺丝技术近年来更是在取向型纤维的制备、无机陶瓷纤维的制备以及同轴射流技术方面取得了重大突破.     

静电纺丝纳米纤维摩擦电材料的最新进展

目的 静电纺丝纳米纤维因具有可定制的微纳结构、高的比表面积和孔隙率等优点,在摩擦纳米发电机(TENG)领域应用广泛,归纳总结静电纺丝纳米纤维的最新进展对TENG发展具有重要意义。方法 本文系统介绍静电纺丝纳米纤维摩擦电材料的发展和特点,重点描述基于静电纺丝纳米纤维摩擦电材料的TENG在不同场景中的应用。结果 静电纺丝纳米纤维材料因制备方便、电性能好及可扩展性好等独特优势,在TENG中应用广泛。结论 利用静电纺丝纳米纤维作为TENG摩擦电材料,在能量收集、自供电传感器及可穿戴电子等方面具有很大应用前景,未来可拓展到智能包装与印刷等领域。