静电纺丝技术在锌离子电池上应用

随着社会的发展,人们对便携式电子设备和电动汽车需求激增,极大地刺激了人们对高效和低成本能源存储系统的研究热情。镍锌电池作为一种新型的水系可充电电池,由于其输出电压高、能量密度大、资源成本低、安全环保等优势,显示出了巨大潜力。但不幸的是,镍锌电池也面临着镍基阴极材料导电率低和容量退化快,以及锌负极枝晶化严重等问题。同时,传统的基于镍的阴极电极,通常包含着不提供容量贡献添加剂和重的集电器,导致活性材料质量占比较低,影响电极性能的表达。

静电纺丝法通常使用材料溶解于溶剂中的溶液作为纺丝材料。

近年来，氧化铝、氧化锆、钛氧化物、锆钛酸铅等陶瓷纳米纤维的纺丝实例频频出现。

静电纺丝系统，如图1所示，由高压电源、聚合物溶液、注射器、喷头和接地收集器组成。聚合物溶液将以恒定的速度从注射器中推出至喷头上。

在喷头上施加20kv至40kv的高压，当电吸引超过聚合物溶液的表面张力时，聚合物溶液喷射器将注向收集器。射流中的溶剂逐渐挥发，当到达收集器时，射流将降低到纳米级。

纺制出的纳米纤维会形成如图2所示的膜。

纤维的取向性取决于收集器。            

纳米纤维膜的单位体积的总表面积比微米级纤维膜会大很多。

图2

因此，纳米纤维通过化学或物理改性获得了未有的特性，并有望在各个领域得到新的应用。

如图3所示，即使用同一种聚合物纺丝，也可以通过改变纺丝参数来制备不同形状的纤维，如表面光滑的纤维、珠状纤维和多孔纤维等。             

在电子材料领域，纳米纤维有望用于以下应用：
・高效率太阳能电池以及分离器、燃料电池和蓄电池。
・显示器用透明导电滤波器（电极）；触摸板和功能玻璃。

东京理工大学松本副教授组正在开发透明导电薄膜，预计将取代目前用于电极和显示面板的ITO。这些薄膜具有与ITO一样高的可见光透过率（80%），在45Ω/sq的表面电阻下具有很高的导电率，并且非常轻薄、坚固、不易破损。