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新能源领域的生力军——静电纺丝纳米纤维

发布日期:2021-03-12 访问次数:109

新能源领域的生力军——静电纺丝纳米纤维



一、敏化太阳能电池

聚合物薄膜太阳能电池是刚刚兴起的一个太阳能电池研究领域,其是由电子给体和电子材料经过分散混合而成。进入 20 世纪 80 年代以后,染料敏化太阳能电池的研究再度活跃,这得益于纳米科学与技术的发展。由纳米晶构成的多孔薄膜具有高的比表面积,能够形成大量的单分子层,可以吸附更多的光敏材料。同时,多孔结构还能使太阳光在半导体薄膜内连续进行多次反射被染料充分吸收,从而大大提高了太阳光的吸收效率。这一突破性的进展为太阳能电池家族增添了一名新成员-半导体纳米晶染料敏化太阳能电池。目前世界许多国家的科研机构和公司都对这种低成本,高效,无污染的染料敏化太阳能电池进行研究。

染料敏化太阳能电池结构示意图

染料敏化太阳能电池的工作原理示意图

二、锂、钠离子电池电极

传统石墨电极的比电容(372 mA h g-1)和离子扩散速率比较低,从而限制了石墨电极的能量密度。因此高比电容和高离子扩散率的电极材料成了近三年的研究热点。纳米材料问世,激发了纳米材料在金属离子电池运用领域的热情,特别是碳纳米材料如石墨烯、碳纳米管等在电极材料的运用。但这些材料生产效率比较低,因此静电纺丝聚合物纳米纤维通过高温处理之后形成的碳纳米材料运用于金属离子电池电极成为近年来持续的研究热点。常用的静电纺丝方法制备碳纳米纤维的材料有:PAN,PVP,PVA,PI,PVDF 等。静电纺丝纳米纤维碳化成碳纳米纤维后,比电容经过 600 次以上充放电后依然保持 1500mA h g-1,展现出了超强的比电容能力。

------李维汉, 曾林超, 吴影,等. 静电纺丝方法在锂(钠)离子电池纳米电极材料制备中的应用(英文)[J]. Science China Materials, 2016(4)

静电纺丝纳米纤维碳化过程及其比电容

静电纺丝纳米纤维碳化后形貌

三、燃料电池

在燃料电池电极材料中,多孔结构材料是阴、阳两极***理想的材料,以便于反应气体的通入和产物排出,而静电纺丝技术所得纳米纤维正好满足需要。人们对于静电纺丝技术在燃料电池电极中的应用做了大量工作,***主要的是通过静电纺丝将金属催化剂负载或包覆在纳米纤维中,由于纳米纤维比表面积大并具有多孔结构,可以使金属催化剂***大效率发挥作用,不仅提高催化效率,也能减少贵重金属催化剂的使用。其中(聚合物前驱体法)获得原子水平分散的金属离子掺杂电极。燃料电池采用这种电极时,在 550℃温度下显示出非常高的性能,可以在电流密度 1 A·cm-2 的情况下稳定使用 300 个小时。

四、其他新能源运用

纳米材料的优异性能使得纳米材料在能源领域展现出强有力的优势,除了上述的热点运用外,在新能源领域,纳米纤维运用还包括:电池隔膜、催化转化、光电转换等