靜電紡絲技術在鋅離子電池上應用

隨著社會的發(fā)展,人們對便攜式電子設備和電動汽車需求激增,極大地刺激了人們對高效和低成本能源存儲系統的研究熱情。鎳鋅電池作為一種新型的水系可充電電池,由于其輸出電壓高、能量密度大、資源成本低、安全環(huán)保等優(yōu)勢,顯示出了巨大潛力。但不幸的是,鎳鋅電池也面臨著鎳基陰極材料導電率低和容量退化快,以及鋅負極枝晶化嚴重等問題。同時,傳統的基于鎳的陰極電極,通常包含著不提供容量貢獻添加劑和重的集電器,導致活性材料質量占比較低,影響電極性能的表達。

靜電紡絲法通常使用材料溶解于溶劑中的溶液作為紡絲材料。

近年來，氧化鋁、氧化鋯、鈦氧化物、鋯鈦酸鉛等陶瓷納米纖維的紡絲實例頻頻出現。

靜電紡絲系統，如圖1所示，由高壓電源、聚合物溶液、注射器、噴頭和接地收集器組成。聚合物溶液將以恒定的速度從注射器中推出至噴頭上。

在噴頭上施加20kv至40kv的高壓，當電吸引超過聚合物溶液的表面張力時，聚合物溶液噴射器將注向收集器。射流中的溶劑逐漸揮發(fā)，當到達收集器時，射流將降低到納米級。

紡制出的納米纖維會形成如圖2所示的膜。

纖維的取向性取決于收集器。            

納米纖維膜的單位體積的總表面積比微米級纖維膜會大很多。

圖2

因此，納米纖維通過化學或物理改性獲得了未有的特性，并有望在各個領域得到新的應用。

如圖3所示，即使用同一種聚合物紡絲，也可以通過改變紡絲參數來制備不同形狀的纖維，如表面光滑的纖維、珠狀纖維和多孔纖維等。             

在電子材料領域，納米纖維有望用于以下應用：
?高效率太陽能電池以及分離器、燃料電池和蓄電池。
?顯示器用透明導電濾波器（電極）；觸摸板和功能玻璃。

東京理工大學松本副教授組正在開發(fā)透明導電薄膜，預計將取代目前用于電極和顯示面板的ITO。這些薄膜具有與ITO一樣高的可見光透過率（80%），在45Ω/sq的表面電阻下具有很高的導電率，并且非常輕薄、堅固、不易破損。