静电纺丝技术最新新能源产业研究进展，助力“碳中和”

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导语

减少碳的排放，实现“碳中和”可以从碳替代、碳减排、碳封存、碳循环这四个方向来制定策略。近年来，太阳能、风、潮汐能、光电等清洁能源的应用激增，减少传统能源所造成的环境污染，这些新型能源产业也正是碳替代策略的关键产业。能源转型的关键，是能够规模地开发和使用新型能源，而目前我国在新能源上的产业体系也逐步壮大，在电动汽车、锂电池、光伏发电等产业取得了巨大进步。而目前静电纺纳米技术在新能源上的研究也逐渐被学届重视。本文分享了5篇静电纺丝技术在新能源方面的研究。

1.河北师范大学武明星教授团队：静电纺丝法制备的用于超级电容器、染料敏化太阳能电池和光电容器的多功能掺硼碳纤维电极

▷ 如何利用太阳能电池经济高效地发电，方便地利用这种电能，对节能减排、环境保护和可持续发展具有重要意义。光电容器是一种由染料敏化太阳能电池（DSC）和超级电容器构成的自充电集成器件。

▷ 合成掺硼碳纤维（BCf）作为超级电容器和染料敏化太阳能电池（DSC）的多功能电极材料，以及由超级电容器与DSC制成的光电容器。

▷ 优化硼源的加入量后，BCf电极的比电容达到309.0F g−1，远高于原始碳纤维（Cf）电极（172.8 F g）−1). BCf作为对电极DSC的性能也优于Cf，使用BCf对电极的DSC的功率转换效率达到7.51%。

▷ 基于BCf共享电极的光电容器实现了1.19%的总能量转换和存储效率，远高于使用Cf电极的光电池（0.70%）。硼掺杂改善了BCf的润湿性、传质和电荷转移性能，从而提高了其电化学性能。

DOI:doi.org/10.1016/j.surfin.2022.101983

2.大连交通大学于洪全教授团队：Lu2Ti2O7纳米线、纳米管和管中线结构的静电纺丝制备和电化学性能及其在锂离子电池中的潜在应用

▷ 近年来，太阳能、风能和潮汐能等清洁能源的应用激增，这是因为需要防止使用传统能源造成的环境污染，以及当前化石燃料短缺引起的显著能源危机。储能技术起到了“桥梁”的作用。寻找新型电极材料对于实现高性能储能器件变得越来越重要。

▷ 静电纺丝用于制造一维功能纳米结构，如纳米线、纳米管、纳米带和纳米纤维。通过调整纺丝溶液和环境参数，使用单针合成具有金属氧化物、碳和多组分系统的固体纳米纤维。

▷ 通过控制环境湿度，采用简单的单针静电纺丝技术制备了Lu2Ti2O7纳米线、纳米管和管中线结构。在20%的大气湿度下，形成了直径约150 nm的Lu2Ti2O7纳米线。在40%的大气湿度下，获得了Lu2Ti2O7纳米管和管中导线结构。

▷ Lu2Ti2O7纳米管和管内导线结构保持了167.35mah·g−1的比容量，而Lu2Ti2O7纳米线保持143.45mAh·g−1电流密度为100 mA·g−1时为在50次充放电循环后作为锂离子电池的负极材料。与Lu2Ti2O7纳米线相比，Lu2Ti2O7纳米管和管中线结构具有更好的循环稳定性和速率性能。

DOI:doi.org/10.1016/j.jpcs.2022.110889

3.四川大学傅强教授团队：用于锂离子电池的高安全性和电化学性能静电纺对芳纶纳米纤维复合隔膜

▷ 隔板对锂离子电池的电化学性能和安全性有着重要影响。到目前为止，制备一个能够满足LIBs所有要求的分离器仍然是一个巨大的挑战。

▷ 在此，通过静电纺丝成功地制备了基于对芳纶纳米纤维（ANFs）的多孔复合膜，并将其应用于锂离子电池隔膜。所得的ANFs/PEO分离器具有良好的形貌和高孔隙率。因此，具有ANFs/PEO分离器的电池显示出比Celgard 2400分离器更好的电化学性能。

▷ 更重要的是，ANFs/PEO分离器在热处理后的抗拉强度达到41.52 MPa，可以保持75.85%的孔隙率。同时，ANFs/PEO分离器的热稳定性突出。与Celgard 2400分离器相比，ANFs/PEO分离器具有更好的电化学性能和热稳定性，以及良好的机械强度和灵活性，实现了LIBs电化学性能和安全性之间的平衡。

▷ 这些结果表明，具有综合性能的ANFs/PEO分离器有望用于高性能LIBs。

DOI:doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109479

4.五邑大学刘熙教授团队：通过静电纺丝策略的微纳米形态调节实现了锂有机电池的高性能高压聚合物阴极

▷ 有机/聚合物阴极由于其多功能的结构、低成本、易于合成和环境友好性而受到越来越多的关注。然而，聚合物的高粘度使得在有机/聚合物：导电剂复合材料中实现可操作的形态成为一个重大挑战。

▷ 作为回应，本文介绍了一种新的静电纺丝策略，用于控制p型高压聚合物聚（N-乙烯基咔唑）（PVK）与炭黑Super p（SP）的微纳米形态。

▷ 通过该策略制备的PVK基纤维阴极（PSP50）具有精细的3D纳米孔结构、快速离子/电子传输特性和超快反应动力学。与传统方法和涂层（PSP co）制成的PSP电极相比，PSP50具有高放电容量和显著的倍率容量和优异的循环稳定性。

▷ 本研究为调节高性能锂有机电池的有机阴极的微纳米形貌提供了新的方向。

DOI:doi.org/10.1016/j.jpowsour.2022.231824

5.纽约州立大学布法罗分校Mark T. Swihart教授团队：静电纺丝衍生无基底和无粘合剂锂离子电池电极的进展和潜力

▷ 由电纺前驱体制备的碳纳米纤维由于其柔韧性、导电性、高比表面积和开放结构，在电子应用中显示出巨大的前景。

▷ 将金属氧化物和硫化物整合到碳纳米纤维中，而不是将其与其他粘合剂一起使用，消除了由粘附性差、纳米材料团聚、非活性粘合剂造成的过量质量以及嵌入活性材料的低导电性造成的许多问题。

▷ 本文讨论了具有新型形态的电纺纤维的工程设计，如核壳结构、中空结构或多孔结构，以及装饰碳纳米纤维的使用（如通过电沉积或共沉淀）。给出了这些无粘结剂电极的储锂机理的代表性示意图。我们描述了静电纺丝技术如何为制造具有高容量和优异可弯曲性的轻质锂离子电池提供经济高效的策略。

▷ 本综述介绍了这些特殊设计的碳纳米纤维电极的迷人形态，这些电极增强了金属氧化物和硫化物的电化学性能，说明了它们在可穿戴电子设备和混合电动汽车中的巨大潜力。

DOI:doi.org/10.1016/j.cej.2021.132876

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来源：亚洲公益报