静电纺丝技术在新能源电池中应用的研究进展

简要介绍了五种新能源电池和静电纺丝技术,综述了静电纺丝技术用于锂电池的正负极材料和燃料电池电极材料的现状,以及应用静电纺丝技术制备电极隔膜材料。静电纺丝制备纳米纤维具有直径小、比表面积大、孔隙率高等特点,用于正负电极和隔膜材料将大大提高电池的比容量、充放电速率和充放电电流,从而提高电池的蓄电能力、循环性能、离子导电性、力学稳定性和化学稳定性。最后总结了静电纺丝技术产业化需要解决的问题,并展望了在新能源电池中的进一步应用。     

燃料电池技术在电催化反应领域的应用

燃料电池反应器是一种既能生产有价值化学品,又能同时发电的新型单元操作装置.由于其安全、反应易受控制、无污染,且能源资源利用率高的特点,日益受到各国工业部门的重视.本文评述了几类燃料电池反应器如酸性燃料电池、质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池的用途、工作原理及其实现工业化所面临的几个主要问题。     

静电纺丝在钠离子电池中的应用研究进展

钠离子电池具有与锂离子电池相似工作机理,因其原料资源丰富,是一种极具应用前景的新一代储能设备.然而,钠离子电池面临着电极材料体积膨胀过大、钠离子传输动力学较慢和能量密度偏低等问题,阻碍了其实用化.静电纺丝技术合成的一维钠离子电池电极材料,可通过形貌调控或碳复合方式有效缓冲储钠过程中电极的体积膨胀,而且具有连续的电子传递和较短的离子传输路径,从而改善钠离子传输动力学,以提高电池倍率性能.通过电纺还可简便地制备直接用于钠离子电池的柔性纤维膜来提高电池的能量密度.综述了静电纺丝技术制备钠离子电池材料的研究进展,主要包括正极和负极材料,对今后静电纺丝在钠离子电池中的发展进行了展望.     

静电纺丝技术在锂-空气电池上的应用

近年来,锂-空气电池由于具有极高的理论容量和对环境友好等优势,作为“终极电池”引起了广大科研工作者和电动汽车公司的极大兴趣和广泛关注. 但目前锂-空气电池还存在着充放电过电位大、循环性能差等局限性,寻找高效的锂-空气电池催化剂成为该领域发展的研究热点之一. 锂-空气电池阴极催化剂主要有贵金属、非贵金属、碳材料以及金属氧化物等,可通过多种方法合成制备,如水热(溶剂热)法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、静电纺丝法等等. 其中,静电纺丝技术由于具有制备方法简易、高效且产量高等优点,近年来得到了长足的发展,可以用来大量制备锂-空气电池阴极催化剂,甚至制备自支撑结构的锂-空气电池阴极催化剂材料. 本文综述了静电纺丝技术在锂-空气电池上的应用,主要包括利用静电纺丝技术制备非贵金属催化剂、碳材料催化剂、金属氧化物催化剂和复合催化剂等,以及将制备的催化剂组装成锂-空气电池后表现出的优异的电池性能.     

静电纺丝技术在燃料电池中的应用

静电纺丝是一种简单、实用的制造纳米纤维的技术,所需设备少,易于大规模生产。本文主要从催化剂、固体聚电解质膜及膜电极三方面阐述了静电纺丝技术在低温燃料电池中的应用。静电纺丝制得的一维纳米线电催化剂具有稳定的循环性能、优异的传质能力及较低的成本;制备的固体聚电解质膜主要包括Nafion复合膜、阻醇膜及耐温膜,其性能相对于传统的Nafion膜得到了进一步提升,而且,通过采用静电纺丝技术,使膜电极结构得到了优化。最后,对静电纺丝技术在低温燃料电池应用过程中可能存在的问题及其未来的发展趋势进行了展望。     

静电纺丝中空纳米纤维在催化领域的应用

更大的比表面积、更丰富的界面组成及更高效的传质路径是构筑多元催化体系,实现催化剂效率提升的关键.中空纳米纤维具有的多元空腔结构赋予其比表面积和界面组成上广阔的调变空间,使其成为制备高效异相催化剂的理想平台.静电纺丝技术的发展为中空纳米纤维的可控制备提供了更简易高效的方法,促进了中空纳米纤维的结构创新和应用扩展.本文从构筑策略、结构特点及结构与性能的对应关系3个角度总结了基于静电纺丝法制备的不同组成和形态的中空纳米纤维材料在催化领域(包括光催化、电催化、热催化)应用中的独特优势.首先展示了创新的静电纺丝方法结合后续工艺制备的中空纳米纤维的不同结构形态,然后梳理了基于中空纳米纤维构筑高效催化剂的研究进展,最后展望了中空纳米纤维在催化领域应用的未来发展趋势,以期为高效异相催化剂的设计提供有益的参考.     

静电纺丝纳米纤维薄膜的应用进展

静电纺丝是一种简单而高效制备高分子微纳米纤维的技术,由于设备和实验成本低、纤维产率高、制备出的纤维比表面积比较大、适用性广泛等独特的优势,近些年来备受关注。静电纺丝的应用是静电纺丝研究的最基本动力和终极目标,因此成为研究者一直努力的方向。为了研究静电纺丝应用的研究现状和主要发展方向,本文综述了静电纺丝纳米纤维薄膜几个主要的应用领域,包括组织工程、药物缓释、纳米传感器、能源应用、生物芯片和催化剂负载等,并展望了未来可能的发展方向。     

静电纺丝技术在锂离子动力电池中的应用

锂离子动力电池,作为动力源,要求其具有较高的比容量、倍率性能、热稳定性及优异的循环性能。静电纺丝技术是一种新型纳米纤维制备技术,因其制备的纳米纤维膜具有比表面积大和孔隙率高等特点,近年来在锂离子电池领域得到了广泛应用,有望成为大幅改善锂离子动力电池性能的关键技术。基于锂离子动力电池的特性,当前静电纺丝技术主要用于制备高孔隙率的纳米纤维膜、高分子共混膜及无机-高分子复合膜等隔膜材料以提高隔膜的机械性能和热稳定性;此外,静电纺丝技术还被用于改善磷酸铁锂等聚阴离子型正极材料及石墨负极材料的电化学性能。本文还针对上述研究中存在的问题,提出了未来静电纺丝技术在锂离子动力电池中应用的可改进的研究方案。     

静电纺丝技术在低温燃料电池中的应用

静电纺丝是一种简单、实用的制造纳米纤维的技术,所需设备少,易于大规模生产。本文主要从催化剂、固体聚电解质膜及膜电极三方面阐述了静电纺丝技术在低温燃料电池中的应用。静电纺丝制得的一维纳米线电催化剂具有稳定的循环性能、优异的传质能力及较低的成本;制备的固体聚电解质膜主要包括Nafion复合膜、阻醇膜及耐温膜,其性能相对于传统的Nafion膜得到了进一步提升,而且,通过采用静电纺丝技术,使膜电极结构得到了优化。最后,对静电纺丝技术在低温燃料电池应用过程中可能存在的问题及其未来的发展趋势进行了展望。     

静电纺丝技术制备无机纳米纤维材料的应用

高压静电纺丝技术是一种简单通用的制备聚合物及无机纳米纤维材料的方法. 本文综述了利用高压静电纺丝技术制备的无机纳米纤维材料在能源、 纳电子器件、 催化以及传感器等领域的研究进展, 并对其发展前景进行了展望.     

原位电化学扫描探针显微镜技术在电催化领域的应用进展（英文）

在电化学界面,电催化过程通常包括电子转移、吸附和脱附、静电相互作用、溶剂化及去溶剂化等多步过程,深入理解电催化反应机理极具挑战性.对纳米结构电化学界面(电极)处电催化过程的深入理解十分有助于阐明电催化反应机理和设计高性能电催化剂材料.电催化活性通常与电催化剂表面局域化的活性位点密切有关.在反应条件下,电催化反应过程的研究极大依赖于高分辨表征技术.经典的宏观电化学表征方法仅可以提供不同界面位点的平均信息,很难分辨一些特殊结构位点(如缺陷、晶界、边缘位点)的相关重要电化学信息.原位电化学扫描探针显微镜技术,包括电化学扫描隧道显微镜(EC-STM)、电化学原子力显微镜(EC-AFM)、扫描电化学显微镜(SECM)及扫描电化学池显微镜(SECCM),能够在纳米及原子尺度研究电催化反应过程,弥补了宏观表征方法的不足,为探究构效关系和解析电催化反应机理提供了机遇.本文介绍了各种扫描显微技术的基本原理、特点及优劣势,并且概述了各项技术在电催化领域研究的重大进展.EC-STM和EC-AFM能够原位表征电催化过程中的纳米尺度表面结构演变及吸附/脱附过程,但无法直接测量局部电化学活性(法拉第电流).通过S...     

二甲基亚砜在锂二次电池中的应用

采用二甲基亚砜(DMSO)作为锂二次电池的电解液, 研究了锂在DMSO中的沉积形貌和循环效率. 比较了六氟磷酸锂(LiPF₆)在DMSO、 碳酸丙烯酯(PC)和1,3-二氧环戊烷(DOL)3种溶剂中的沉积形貌和循环效率, 并研究了LiPF₆、 四氟硼酸锂(LiBF₄)、 高氯酸锂(LiClO₄)和二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)4种锂盐在DMSO中的沉积形貌和循环效率. 结果表明, 锂在DMSO中沉积得到的表面光滑平整且致密均匀, 循环效率在前10周要高于在PC中的, 溶剂DMSO有望用于金属锂二次电池中.     

静电纺丝法和气流-静电纺丝法制备聚砜纳米纤维

应用电纺法制备了聚砜纳米纤维.设计了一种新型的气流静电纺丝装置,其特点是在喷丝头上添加了喷气组件.电纺过程中所用聚砜的特性粘数为0.97dLg,溶剂为二甲基乙酰胺,载气为氮气.研究了聚砜纳米纤维的平均直径与过程参数之间的关系.研究表明影响聚砜纳米纤维的平均直径的主要因素为电压、纺丝液的流速、喷丝头与收集器之间的距离、操作温度以及纺丝液的性质(如粘度、表面张力和电导率).纳米纤维的平均直径和直径分布用扫描电镜表征.应用这种气流静电纺丝法制备的纳米纤维的直径范围是50～500nm.所得纳米纤维的直径依赖于电压、喷丝头与收集器之间的距离以及喷丝液的浓度.结果表明,采用气流静电纺丝不仅能制备较细而且均匀的纳米纤维,而且产量更高.     

静电纺丝工艺制备纳米抗菌敷料的研究与应用进展

与传统敷料相比,静电纺丝纳米抗菌敷料具有极大的比表面积和孔隙率,既有益于细胞呼吸,又可阻止细菌感染伤口,并能有效增大抗菌药物与伤口中细菌的作用面积而高效杀菌。此外,纳米敷料还能最大程度仿生细胞外基质的结构,有利于加快细胞和组织的生长,促进受损皮肤的恢复,因而非常适合用做皮肤敷料。本文对静电纺丝纳米抗菌敷料的特点,各类基体材料、抗菌药物在静纺抗菌敷料制备中的应用,以及静纺敷料的抑菌效果做了介绍,并对静电纺丝纳米抗菌敷料的应用前景做了展望。     

聚合物的静电纺丝

静电纺丝法是聚合物溶液或熔体在静电作用下进行喷射拉伸而获得纳米级纤维的纺丝方法.由纳米纤维制得的无纺布,具有孔隙率高、比表面积大、纤维精细程度与均一性高、长径比大等优点,从而赋予了静电纺丝纤维广泛的应用前景,它已在国内外引起了广泛的关注.本文介绍了静电纺丝的装置、基本原理及静电纺丝制备纳米纤维的研究进展,同时也叙述了其在各个领域的应用,最后展望了静电纺丝制备纳米纤维的发展方向及前景.     

PHBV纳米纤维的静电纺丝及在生物医用领域的研究进展

聚(3-羟基丁酸酯-3-羟基戊酸酯)(PHBV)纳米纤维具有高比表面积、高孔隙率、生物相容性、生物降解性等优点,可用作生物医用材料.本文综述了基于静电纺丝法制备的PHBV纳米纤维及其在生物医用领域的研究进展,讨论了PHBV纺丝溶液的溶剂、浓度、外加盐类以及聚合物等对PHBV纳米纤维形貌、结构及性能的影响规律,结合目前P...     

二次电池研究进展

能源的存储和利用是当今科学和技术发展中的重大课题之一,尤其是作为高效的电能/化学能转化装置的二次电池相关技术一直是科学家研究的热点领域。在此背景下,本文较为系统地介绍目前二次电池的重要研究进展,将从二次电池的发展历史引入,再到其相关的基础理论知识的介绍。随后较为详细地讨论当前不同体系的二次电池及相关应的关键材料的研究进展,涉及到锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池、镁离子电池、锌离子电池、钙离子电池、铝离子电池、氟离子电池、氯离子电池、双离子电池、锂-硫(硒)电池、钠-硫(硒)电池、钾-硫(硒)电池、多价金属-硫基电池、锂-氧电池、钠-氧电池、钾-氧电池、多价金属-氧气电池、锂-溴(碘)电池、水系金属离子电池、光辅助电池、柔性电池、有机电池、金属-二氧化碳电池等。此外,也介绍了电池研究中常见的电极反应过程表征技术,包括冷冻电镜、透射电镜、同步辐射、原位谱学表征、磁性表征等。本文将有助于研究人员对二次电池进行全面系统的了解与把握,并为之后二次电池的研究提供很好的指导作用。     

基于静电纺丝技术的取向纳米纤维

纳米纤维作为一维纳米材料的一个重要分支,有着广泛的应用前景。静电纺丝技术是一种制备一维纳米纤维的有效方法。然而,传统制备工艺制得的纳米纤维常为无序排列的结构,极大限制了其应用。近十几年来,通过对喷丝装置、纤维分化区及接收装置的改进获得了取向纳米纤维(aligned nanofibers, ANFs),引发了研究者的广泛关注,但对于取向纳米纤维的制备与应用未见系统性的论述。本文系统总结了采用静电纺丝技术制备取向纳米纤维的方法,并评述了这种取向结构在生物组织工程修复、传感器、增强材料及能源等领域中的应用。鉴于ANFs在生物组织工程中得到广泛的关注,本文对其进行了着重介绍。而在能源领域,本文主要阐述在质子交换膜燃料电池方面的应用。最后,本文总结了ANFs存在的问题,并展望了其未来的发展。     

静电纺丝技术制备医用敷料的研究进展

作为一种先进的创面敷料,静电纺纳米医用敷料与传统敷料相比,有着与人体天然细胞外基质(ECM)高度类似的疏松多孔的结构,可以有效调节细胞增殖过程、加速创面闭合,在促进皮肤愈合方面表现出极大的优势。不仅如此,研究表明将药物和生物活性物质负载在电纺纳米纤维中可以实现缓释的作用,为创面的愈合提供了有利条件,显著提高愈合速度,可作为一种性能优越的医用敷料推广到临床应用中。基于目前的研究,本文对静电纺丝技术的基本原理及静电纺医用敷料的特点进行了简单的介绍,随后根据电纺基材的种类进行了分类,分别为天然、合成和复合电纺敷料,并对其应用进行了讨论。最后,本文提出了现阶段静电纺医用敷料的电纺工艺和抗菌实验存在的一些问题,对电纺敷料用于仿生皮肤研究的前景进行了展望。