具有一维多层复合结构的高性能材料的结构与性能研究

来源 :哈尔滨师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong475
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纳米材料因其较大的比表面积、较小的尺寸、较短的离子和电子的输运长度而被认为是增强电极材料电化学活性的候选材料[14]。并且具有一维多层复合结构的纳米材料也可以为电子传输和离子扩散提供快速通道;其次,具有多孔或空心结构的一维纳米材料通过活性材料与电解质之间的充分接触面积提供了更多的活性位点;最后,活性材料很容易负载到一维多层复合结构的纳米材料上,从而制备出性能更好的活性电极。静电纺丝法以其灵活、简单优越的加工技术、用途广泛、适应性强等优势在纳米技术领域得到了广泛的关注。通过静电纺丝的方法可以制备出高比表面积,孔隙率高纳米尺寸可控的聚合纤维,并且由静电纺丝制备出的多孔纤维具有优异的物理力学性能、优异的结构和优异的导电性,可以增强锂离子和电子的传递,使整个电池系统具有非凡的电化学性能。静电纺丝之所以具有如此大的吸引力,主要是由于静电纺丝所合成的纳米纤维的直径易于控制、纤维的连续性好,并且通过静电纺丝法可以合成具有一维多层复合结构的纳米纤维。以PAN/PS为原料通过静电纺丝法制备的前驱体经高温烧结而制备出的具有多孔状结构的一维碳纳米纤维,碳纤维表面凹凸不平,出现长条凹陷,且有明显的大孔,这种结构可增大碳纤维的比表面积,为电极材料提供更多的附着点,使其负载电极材料的能力大大增加,因此引起了研究者的广泛关注。通过同轴静电纺丝法构建了一种新的结构,即气泡-连接-气泡(BLB)混合纤维,作为一种高效的宿主来制造优良、灵活和高性能的硫化硒电极。在BLB结构混合纤维中,中空的气泡充满了高度多孔的碳基体,它紧密地包裹着Ti N纳米颗粒,这种层次结构建立了双连续的电子和快速离子通道,有利于快速动力学和良好的高速率性能。首次探讨了BLB混杂光纤的形成机理,揭示了控制BLB结构的关键条件。此外,还阐明了BLB结构中各组成部分的作用。与参比电极相比,硒硫杂化纤维电极具有更高的可捕速性和更好的循环稳定性。此外,高质量负载的电极在大电流密度下也能获得高的容量和稳定的循环性能,显示了它们在实际应用中的巨大潜力。结果表明,该结构为解决硫化硒电极的关键问题提供了一种高效、广泛适用的策略,显著促进了硫化硒电极的实际应用。同轴静电纺丝与我们传统的单轴纺丝一样,影响因素也有很多种,我们将这些影响因素概括为三点,过程参量,溶液性质以及环境参量。其中,过程参量主要包括在纺丝过程中的正负电压,静电纺丝过程中纺丝速度以及推注和接收器之间的接收距离,溶液的性质主要包括纺丝溶液的电导率、溶液的粘度以及液体的表面张力等诸多因素,环境因素主要包括在纺丝过程中的室内温度和静电纺丝机周围的湿度。为了制备出具有中空结构的碳纳米纤维,还应该考虑壳层溶液和核芯溶液在纺丝过程中的速度比,以及烧结温度等因素。
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