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非织造能源材料

2018年09月11日 15:20  点击:[]

能源是当今社会发展进程中附带危机的一个重要方面,同时也是技术进步最大的前沿和机会。解决危机,设计绿色高效的能源采集和存储器件成为人类社会关注的重要问题。过去的十多年里,染料敏化太阳能电池、超级电容器、锂离子电池、燃料电池等能源器件得到了广泛研究,但是传统的能源器件结构已经难以有效满足设备微型化、便携化、集成化的发展需求。与传统的平面状能源器件相比,直径在微纳米尺度的纤维能源器件质量更轻、柔性更好、集成度更高,同时可以像高分子纤维一样,通过纺织技术进行大规模应用,从而满足可穿戴设备、各种便携式电子设备及新能源汽车等的应用需求。

由于纤维能源材料具有独特的结构和性能,且利于进行编织,得到织物状能源器件。目前通过两种方法可实现连续构建:一方面,通过对纤维能源材料进行编织,得到大面积的织物状太阳能电池、锂离子电池、超级电容器以及光电转换与储能的集成器件;另一方面,基于纤维电极的高度取向纳米结构和良好的柔性,可以将其编成织物作为高性能电极,然后两个织物电极堆叠得到织物状能源器件。因此纤维在能源材料有着十分广泛的应用基础,研究特性纤维的材料合成、纤维制备、纤维编织对能源材料性能的影响及作用机理,针对能源材料的性能设计相应的特性纤维材料十分重要,这些研究符合国家重大专项关于新能源、新材料等领域的申报要求,也是国家重点支持的研究方向之一。应用静电纺丝技术,研究中心开发了柔性无机纳米纤维非织造薄膜,用于锂离子电池隔膜,该材料具有好的柔韧性、耐高温性以及高的电化学稳定性。

图1 柔性非织造薄膜用于锂离子电池隔膜

非织造纤维材料由于其大的比表面积,能够负载多种材料形成复合纤维,这些复合纤维在超级电容器方面具有很大的应用前景。研究中心在非织造复合纤维做为超级电容器方面也进行了深入的研究。

图2 复合纳米纤维用于超级电容器

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