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静电纺丝技术在超级电容器中的应用


静电纺丝技术在超级电容器中的应用/ 靳 瑜等

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静电纺丝技术在超级电容器中的应用*
靳 瑜1, 2 , 姚 辉1, 2 , 陈名海2 , 刘 宁1 , 李清文2
( 1 合肥工业大 学材料科学与工程学院 , 合肥 230009; 2 摘要 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 , 苏州 215123)<

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静电纺丝是一种新型的非纺 织成丝 技术 , 具有适 用材料 体系 广泛 、 纤维 尺寸 结构可 控 、 工艺 简便等 特

点 , 是制备连续纳米纤维的重要 方法 。静 电纺丝技术制备的纳米纤维薄膜因具有巨大的纳米表面和 网状孔隙结 构可 调等优势 , 在超级电容器领域显 示出诱人的应用前景 。 综述了近年来静电纺丝技术在超级电容器电 极材料和隔 膜材 料方面的研究进展 , 介绍了碳基 、 金属氧化物和聚合物电极材料高活性纳米纤维的制 备方法及电化学行为 , 以及 静电 纺丝无纺布作为隔膜材料显示出的巨大优势 , 并总结了制约静电纺丝走向商业化的不利因素 , 如产率低 、 薄膜强 度不 足、 喷丝不稳定等 , 最后介绍了近年来静电纺丝技术在结构 可控 、 规 模化制备 的产业 进展 , 并展望 了其在 超级电 容器 领域中的商业化应用前景 。 关键词
静电纺丝 超级电容器 比电容量 电极 隔膜

Electrospinning Application in Supercapacitors
JIN Yu1, 2 , YAO H ui1, 2 , CH EN M inghai2 , L IU Ning 1 , L I Q ingw en2
(1 Schoo l o f M aterials Science and Engineer ing, Hefei U niv ersit y of T echnolog y, H efei 230009; 2 Institut e o f N ano - tech and N ano - bionics, Chinese Academy of Sciences, Suzhou 215123) Abstract Electro spinning, as a no vel non - tex tile filament techno lo gy , is an impor tant metho d to prepare co n Suzhou

tinuo us nano fibers and has show n its r emar kable advantages, such as bro ad applicable mat er ial sy stem, co ntr ollable fi ber size and str ucture, simple pr ocess, and so o n. T he electro spun nano fibers hav e sho wn pr omising applications in supercapacitor s ow ing to their larg e nano - sur face and adjustable netw or k por e structure. T he recent adv ances in super capacito r electr ode mater ials and separato r materials pr epar ed by electr ospinning technique are rev iew ed, including the preparatio n and electro chemical behav ior s of carbon - based, met al o xide and po ly mer electr ode materials nano fibers w ith high electr ical activ ity, and the advantages of electr ospun no nw ov en materials as membrane. Besides, adv erse factor s fo r hindering the commer cialization of electr ospinning t echnique, such as lo w y ields, lack of film streng th, spinning instabilit y and so o n, ar e also summar ized. Finally , the new prog resses in structure co ntr ol and larg e - sca le industr ial manufactur e by electro spinning ar e intro duced and the commercializatio n pr ospects o f electro spinning in su per capacito rs are also imag ined. Key words elect rospinning , supercapacit or, capacit ance, elect rode, separato r

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引言
超级电容器, 又称电化学电容器( Electrochemical super -

成 , 基本结构如图 1 所示[ 4] 。研究表明, 决定超级电容器电 化学性能的关键材料是电极和电解质 [ 5] , 而隔膜材料又是影 响电解质离子通过率的重要因素; 电极影响电容器的比 能 量 , 隔膜影响电容器的比功率 。因此 , 从材料角度而言 , 电 极材料和隔膜材料的选择与改性成为超级电容器研究的重 点。超级电容器的储能原理分为双电层储能理论
[ 8] [ 7] [ 6]

capacitor, ES C) , 是一种介于常规电容器和充电电池之间的 新型储能装置
[ 1]

, 因具有充电时间短、 功率密度大、 使用寿命
[ 3]

长、 温度特性好、 节约能源、 环境友好等特点[ 2] , 被广泛用于 通讯设备、 军事装备、 家用电器、 能源交通等领域 。随着环 境污染、 能源危机等一系列全球问题的加剧, 超级电容器已 经成为各国政府和科学家研究的焦点 , 纷纷制定了超级电容 器的未来发展计划。 超级电容器由集流体、 电极、 电解质、 隔膜等 4 部分组

和赝电

容储能理论 , 基于此开发的超级电容器分别称为双电层型 电容器( EDLC) 和法拉第电容器 ( 赝电容型超级电容器 ) , 常 用的电极材料有碳基材料、 金属氧化物和导电聚合物等。在 储能方面 , 双电层电容器主要依赖于电极与电解质相界面形 成的双电层, 即双电层理论 ; 赝电容型电容器不仅具有双电

* 苏州市科技发展计划项目 ( SYG 201018) 靳瑜 : 男 , 1985 年生 , 硕士研究 生 , 主要从 事静 电纺 丝及超 级电 容器电 极材 料研 究 nano. ac. cn 1962 年生 , 博士 , 教授 , 博士生导师 , 主要从事功能复合材料研究

T el: 0512 - 62872552

E - mail: yjin2010@ si 刘 宁 : 通 讯作 者 , 男 ,

陈 名海 : 通讯作 者 , 男 , 1978 年生 , 博士 , 副 研究员 , 主要 从事功 能纳米 碳材料 制备及 应用研究 E - mail: ning liu@ mail. hf. ah. cn

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材料导报 A: 综述篇

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层理论的贡献, 还有电极与电解质相界面发生的快速可逆氧 化还原反应的贡献 , 因此一般赝电容型电容器较双电层电容 器具更高的比电容量。无论是双电层型电容器还是赝电容 型电容器, 当前电极材料的研究热点都集中在获得更大的有 效表面积。

图 3 静电纺丝制备的聚乙烯吡咯烷酮 (PVP) [ 9] Fig. 3 The electrospun PVP nanofibers[9]

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静电纺丝技术制备电极材料

1. 1 碳基电极材料
碳基电极材料因具有价格低廉、 环境友好、 结构稳定、 性 价比等优势 而备受青睐[ 4] 。常见的碳基 电极材料有 : 活 性 炭、 碳纤维、 碳纳米管、 碳气凝胶等。制备方法有[ 13, 14] : 催化 化学气相沉积、 激光气化、 电弧放电、 模板法等。纳米材料因 独特的纳米尺寸因素 , 使得它具有一般材料所不具备的超大 比表面积 , 而静电纺丝是制备纳米级碳纤维最简单的工艺之 一。因此 , 无论是从成本还是工艺而言, 静电纺丝技术都是 制备理想碳基电极材料的 重要方法。研究表明 , 聚丙烯 腈 [ 15] ( PA N) 因成丝性能好、 含碳量高 , 而成为静电纺制备碳纳 米纤维最常用的聚合物前驱体。静电纺丝制取碳纳米纤维 需经静电纺 ) 聚合物纳米纤维 ) 固化 ) 碳化 ) 碳纤维的工 艺过程, 其中碳化温度的选择对电极材料的电容性能也将产 [ 16] 生影响, Ji 等 研究表明, 700 e 碳化所得的碳材料较 1000 e 时所得碳材料具有更好的电容保持性能。 [ 17] Kim 等 利用静电纺丝技术制取 PAN 纳米纤维 , 经固 化 ) 碳化 ) 水蒸气活化处理后得到活化的碳纳米纤维 ( AC2 - 1 NF) , 其表面积可达 1230 m # g , 在 KOH 电解质下比电容 - 1 [ 18] 量为 175 F # g ; Park 等 利用上述相同工艺 , 电纺聚苯并 2 - 1 咪唑 ( PBI) 制备碳纳米纤维 , 其比表面积可达 1220 m # g , - 1 比电容量为 178 F # g 。 近年来, 研究人员采用静电纺丝技术在保证电极材料纳 米尺寸优势的同时 , 进一步调制表面孔隙结构 , 提高电极材 料有效表面积 , 制备多孔碳纳米纤维。研究表明, 孔径 2nm 以下的小孔对电容量的提高几乎没有影响 , 2~ 50nm 的介孔 [ 15] 贡献最大 , 50nm 以上的中孔影响次之。 Ngoc 等 电纺溶解 有氯化锌的 PAN 溶液制备纳米纤维, 经固化 ) 碳化 ) 酸洗, 最终使碳纳米纤维表面出现大量直径约 6. 9 nm 的孔洞, 在 - 1 KOH 电解质下比电容为 140F # g , 高于自由生长的多壁碳 - 1 [ 19] 纳米管的比电容量( 113F # g ) 。此外 , Im 等 运用物理活 化的方法 , 电纺掺杂有氧化硅纳米颗粒的 PA N 溶液, 获得具 有多孔( 孔径 43nm) 结构的颗粒状碳材料 , BET 所测比表面 2 - 1 [ 20] 积达 340. 9m # g ; Nataraj 等 用 FeCl 3 和 FeSO 4 作为活 化剂制得表面多孔的碳纳米纤维 , 形貌如图 4( a) 所示, 表面 2 - 1 孔径为 6~ 31nm , BET 所测比表面积达 550m # g , 电导率 - 1 高达 2. 42S # cm 。这些都是超级电容器的理想电极材料。

图 1 超级电容器结构示意图 Fig. 1 Schematic diagram of supercapacitors[ 4] 静电纺丝技术 ( Electrospinning) 是一种新型的非纺织成 丝技术 , 其结构如图 2 所示 , 主要由高压电源、 推进装置和收 [ 9] 集装置等 3 部分组成 , 基本原理是注射器( Syringe) 在注射 器推进泵( Syringe pump) 的推动下, 将聚合物溶液 ( 或熔体 ) 推入与高电压能量装置 ( H igh - volt age pow er supply) 相连的 金属喷头( M etallic needle) 部位 , 高电压 ( 通常为 10~ 30kV ) 使得金属喷头内的聚合物液滴加速形成纤维喷射细流, 喷射 过程 中经 溶剂蒸 发或 熔体冷 却, 最 终在接 地的收 集装 置 ( Grounded collector) 上得到纤维状物质 [ 10] 。

[ 4]

图 2 静电纺丝结构示意图 Fig. 2 Schematic diagram of electrospinning system 静电纺丝具有工艺简单、 材料体系广泛、 环境友好等特 点 , 是制备连续纳米纤维最有效的方法之一。所制备的纳米 纤维具有结构可控、 成分可调等特点 , 在过 滤材料、 生物支 架、 药物载体、 传感、 复合材料等领域 [ 11, 12] 都显示出诱人的应 用前景。特别是其巨大的纳米表面和网络孔隙结构 ( 以聚乙 烯吡咯烷酮 ( PVP) 为例, 形貌见图 3) 可调等优势, 在超级电 容器领域倍受亲睐。本文对近年来静电纺丝技术在超级电 容器电极材料和隔膜材料的研究进行综述 , 并展望其应用前 景。

静电纺丝技术在超级电容器中的应用/ 靳 瑜等
碳基电极材料的比电容量大都在 200F # g 以下 , 且 电容量 与比 表面 积 并不 总是 呈线 性 关系 [ 5] , 如比 表面 积 3000m 2 # g- 1 的活性碳 , 实际表面利用率仅为 10% 左右。基 于此现实, 部分研究人员致力于碳基复合电极材料的研究 , 在保证比表面积的同时 , 对材料的导电性等方面进行改性。 L i 等 [ 22] 利用静电纺丝制备 Ni/ C 复合材料 电极, 形貌如图 4( b) 所示, 可清晰看到金属 Ni 均匀镶嵌在碳纤维表面, Ni 的 加入提高碳表面对 ( OH ) - 的偶极亲和力 , 同时改善了材料对 电解质的润湿性能 , 在碱性电解质中比电容量较纯碳材料提 高了 228% ; Guo 等 [ 23] 以掺杂有多壁碳纳米管 ( M WCNT ) 的 聚偏氟乙烯 ( PV DF) 为纺丝前驱体, 制取 MWCN T/ CNF 的
- 1 [ 21]

# 23 # 1. 2 金属氧化物电极材料
金属氧化物电极材料主要是通过氧化还原反应来储存 能量, 是赝电容型超级电容器的重要电极材料之一 , 因具有 比电容量高、 电极稳定性好的优点而备受关注。目前主要研 究的是一些稀有过渡金属氧化物[ 29] , 如 M nO 2 、 RuO 2 、 V 2 O 5、 H 3 P M o 12 O 40 # nH 2 O 、 IrO 2 、 NiOx 、 CoO x 、 SnO 2 、 WO 3 等 , 此 外 , 铁 的 氧 化 物[ 30] 也 是 常 用 的 电 极 材 料。以 二 氧 化 钌 ( RuO 2 ) 为例, 它是性能最好的氧化物电极材料 , 比电容量高 达 768 F # g - 1 , 但昂贵的市场价格限制了其广泛应用 , 寻求 廉价的替代物是当前普遍关注的问题。此外, 大多数金属氧 化物为半导体型, 导电性较差 ; 金属氧化物电极在工作时由 于体积的变化 , 导致结构坍塌 , 使得电极的循环寿命明显变 短。为解决这一系列问题 , 近年来, 不少研究者将金属氧化 物与碳材料、 聚合物材料等组合制备成复合材料 , 用作超级 电容器的电极 , 取得了较好的效果。Ju 等[ 31] 以掺杂有 RuO2 水合物的 PAN 溶液为静电纺丝前驱体 , 通过固化、 碳化处理 制得 RuO 2 / CNF 电极材料, 比电容量高达 460 F # g - 1 ; Choi 等 运用静电纺丝技术制得 Mn3 O4 / CNF 的复合电极材料, 其比电容量为 260 F # g- 1 ; Kim 等 [ 33] 进行了电极材料的多重 复合研究 , 以掺杂有 RuO 2 和 M WCNT 的 PAN 溶液为纺丝 前驱体, 静电纺制取 RuO 2 / CNF/ MWCN T 的电极材料, 比电 容量高 达 500 F # g 。 此外 , Chen 等 电 纺 制取 了 C/ [ 35] Fe3 O4 纳米纤维复合材料 ; Azad 利用静电纺制备了氧化钇 ( IrO 2 ) 、 氧化锆 ( ZrO 2 ) 纳米纤维。这些都可作为超级电容器 电极材料。 在氧化物电极中引入碳材料 , 可显著提高电极导电性, 如碳纳米管的导电率可达 104 ~ 105 S # cm - 1 [ 21] 。同时, 碳材 料松软的基体为氧化物在工作时的体积变化提供充分的缓 冲空间[ 28] , 从而有利于提高电极循环寿命。Zou 等 [ 36] 通过静 电纺丝技术制取多孔 C -S n/ SnO x 纳米纤维复合电极材料 , 不 仅扩大了电极的比表面积, 提高电容量, 同时有效延长了电 极的循环寿命。 在利用静电纺丝技术制备金属氧化物电极的工艺方面, 一些研究者也进行了探索 , 希望得到更大比表面积的金属氧 化物材料。 Qiu 等 [ 37] 将电纺所得的 PAN 纳米纤维作为 模 具 , 分别浸入乙酸镍和乙酸锌的溶液, 取出后高温煅烧, 制得
- 1 [ 34] [ 32]

电极材料, 形貌如图 4( d) 所示 , 可以清晰看到碳纳米管镶嵌 在碳纤维的表面, 提高电极导电性 , 有益于 提高电容量, 在 - 1 [ 24] 1m ol/ L H 2 SO 4 电解质中比电容量高达 310 F # g ; Ju 等 通过原位化学聚合的方法 , 在电纺制备的 ACNF/ CNT 表面 沉积聚吡咯( PPy) , 制取 PPy/ A CNF/ CN T 电极材料, 形貌如 图 4( c) 所示, 由于高导电性 CNT 以及具有良好电荷转移能 力的 PPy 的加入, 使得所制纤维直径更细, 在碱性电解质中 单电极比电容量高达 333 F # g - 1 ; Lee 等 [ 25] 利用醋酸纤维素 分子的高含氧量来提高导电性 , 以聚丙烯腈 ( PAN) 和醋酸纤 维素( CA) 的混合物为纺丝前驱体 , 制备的碳纳米纤维比电 容量可达 245 F # g - 1 。

图 4 不同碳基电极材料的 SEM( a, b, c) 和 TEM(d) 形貌图 Fig. 4 SEM ( a, b, c) and TEM (d) images of different carbon -based electrode materials Si
[ 26] [ 27]

了多孔 NiO 和 ZnO 纳米纤维, 孔的直径分别为 5~ 20nm、 [ 38] 50~ 100nm, 形貌如图 5 所示; Wang 等 电纺 TiO 2 / ZnCl 2 / PVP 混合溶液后经高温煅烧, 成功制取 T iO 2 / ZnO 的多孔纳 米纤维。多孔的形成势必增加材料的比表面积 , 对制取超级 电容器电极材料提供了很好的借鉴。

1. 3 导电聚合物电极材料
导电聚合物又称导电高分子 , 没有经过掺杂处理的导电 聚合物电导率很低, 属于绝缘体, 通过掺杂等手段 , 其电导率 可控制在半导体和导体范围之间。静电纺丝制备的导电聚 合物电极材料有众多优点, 如与碳基材料相比 , 其电流密度 更大, 制备工艺更简单; 与金属氧化物电极材料相比, 其成本 更低。故自 Reneker 等将聚苯胺 ( PANI) 溶解在硫酸中进行 静电纺丝制得聚苯胺纳米纤维以来 , 人们便开始了纳米导电

、 SiO2

等亦可作为超级电容器的电极材料 , 其中

SiO 2 在 1m ol/ L 的 Et N BF / PC 电解质中比电容量可达 62. 5 F # g - 1 。基于此 , Ji 等[ 16] 利用电纺制取了 C/ SiO2 纳米纤维 复合材料; Chen 等 利用电纺制取了 C/ Si 纳米纤维复合材 料。这些都可作为超级电容器的电极材料。
[ 28]

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聚合物的研究。

材料导报 A: 综述篇

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图 5 NiO 纳米纤维( a) 、 ZnO 纳米纤维 ( b) 的 SEM 形貌 [37] Fig. 5 SEM images of NiO nanofibers (a) and ZnO nanofibers ( b) [37] K ang 等 运用静电纺丝技术制取聚吡咯 ( PPy) 纳米纤 维薄膜 , 其电导率可达到 0. 5 S # cm - 1 , 远高于由模具成型方 法获得的 PPy 薄膜的电导率, 适合作为超级电容器电极材 料 ; L aforgue 等 [ 40] 将由静电纺丝法制备的 3, 4 乙撑二氧噻吩
[ 39]

PVDF 非织造布膜进行热处理 , 发现隔膜不仅具有较高的孔 隙度, 同时在较高的温度下仍能保持原来的形状 , 具有良好 的热稳定性; Dong 等[ 44] 利用静电纺丝制取高离子传导性的 Nafion 膜, 离子通过率高达 1. 5 S # cm- 1 , 高于其他方法制备 的 Naf ion 膜。这些隔膜已成功运用于充电电池或超级电容 器。此外 , T onurist 等把静电纺制备的不同厚度的聚偏氟乙 烯 ( PVDF) 多孔隔膜 ( 记为 TU X1 -5) 与目前商业化的聚丙烯 ( Celgard 2400) 隔膜、 纤维素 ( T F4425, T F4530, T F4030) 隔 膜进行研究对比, 使它们分别与相同的碳电极构成电容器, 在有机电解质 ( C2 H 5 ) 3 CH 3 NBF 4 下得到交流阻抗谱, 结果如 图 6 所示, 发现电纺制备的 PV DF 薄膜在合适的厚度下 , 其 性能已经能与商业化的隔膜材料相媲美。

( PEDOT ) 薄膜作为超级电容器的电极材料, 在聚合物电解 - 1 质下电容器的电容量可达 30 m A # hg , 在 10000 次循环之 后 , 还能保持 90% 的电容量。 经过研究者的不懈努力, 现已获得了几种可电纺的导电 聚合物纳米纤维。典型的纳米导电纤维有聚苯胺类纳米纤 维、 聚吡咯类纳米纤维、 苯胺/ 吡咯共聚物纳米原纤、 聚3甲 基噻吩纳米原纤等。理论上, 这些导电聚合物都可以用作赝 电容型超级电容器的电极材料。

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静电纺丝技术制备电极材料 3

图 6 在 1mol/ L (C2 H5 ) 3 CH3 NBF4 电解质中, 不同隔膜 材料的双电层电容器在 3. 0 V 电压下的交流阻抗谱 Fig. 6 Complex impedance plane plots for the EDLCs in 1mol/ L ( C2 H5 ) 3 CH3 NBF4 , completed using different membrane materials ( noted in figure) at cell voltage 3. 0 V

隔膜( Separat or) 是超级电容器的重要组成部分 , 性能良 好的隔膜有益于电容器性能的充分发挥。目前制备隔膜的 技术主要有干法、 湿法、 Celgard 法、 Bellcore 法和倒相法等 , 研究表明, 所用的隔膜材料越薄 , 传递和储存能量的速度就 越快。电容器隔膜材料的选择一般要遵循以下几个方面的 [ 41] 因素 : 高的离子通透性; 足够的化学和电化学稳定性; 足够 的机械强度和机械稳定性 ; 兼顾生产成本和应用。此外 , 还 要有良好的电解质润湿性。从考虑因素来看, 静电纺丝技术 不失为制备超级电容器隔膜材料的良好选择。首先 , 静电纺 丝制备的纳米纤维直径可调范围大, 可在纳米尺度到微米尺 度范围调控 , 从而控制薄膜孔隙率 , 较大的表面积和网状结 构使得电纺薄膜具有很好的电解质润湿性能和离子通透性 ; 其次, 薄膜厚度可以利用简单控制电纺时间加以控制 , 且可 调范围大、 尺寸均一性好; 另外 , 通过设计喷头和收集机构能 够方便地实现多体系复合薄膜的快速制备。 静电纺丝制备超级电容器隔膜材料常用的聚合物为聚 乙烯、 聚丙烯、 纤维素、 聚偏氟乙烯、 聚丙烯腈等。研究表明 , 静电纺丝所得隔膜一般都有较高的孔隙率, 可达 80% 甚至更 高 , 所以静电纺隔膜具有很好的离子透过性, 可大大降低电 容器阻抗, 提高电容器性能。 Cho 等 [ 42] 将制备的 PAN 静电 纺隔膜与传统的 Celgard 膜在厚度相同的条件下进行比较 , 静电纺膜的孔隙率大约是 Cegard 膜的 2 倍 , 同时静电纺膜能 够更好地 吸收电 解质; Choi 等[ 43] 对用静 电纺丝 法制得 的

结语

静电纺丝技术因其前所未有的灵活性和模块化设计 , 独 特的纳米尺寸优势 , 简单的加工工艺, 在超级电容器领域的 应用中发挥了极大优势。但静电纺丝技术依然存在着许多 不足, 首先, 静电纺丝技术制备纳米纤维的产率偏低, 获得适 合规模化制备的技术与相关设备已经成为制约其应用的重 要因素; 其次 , 多数电纺纤维在机械强度等方面还劣于其他 纺织纤维 ; 再次, 纺丝过程中因溶剂挥发, 纤维直径变小, 而 使纤维单位表面电荷量增大等原因 [ 10] , 导致喷射的不稳定 性。研究者将其概括为黏性不稳定性、 轴对称的曲张不稳定 性、 非轴对称的弯曲不稳定性 , 这些不稳定性的存在造成了 电纺制品在结构和尺寸上存在着偏差。这些偏差势必会影 响电容器性能的发挥。尽管如此 , 经过多年的发展静电纺丝 技术已经取得了显著进展。 工业化方面, 2004 年 11 月, 捷克利贝雷茨技术大学与 爱勒马可 ( ELMARCO) 公司合作生产的纳米纤维纺丝机/ 纳 米蜘蛛0问世 , 其特点是: 无喷丝头 ( 传统电纺机依靠针头上 形成的 Taylor 锥产生纳米丝) , 纳米布的质量为 0. 1~ 5 g # m , 产量为 1~ 5 g # m in ( 传统静电纺丝仪 0. 1~ 1 g # - 1 h ) , 纤维直径为 100~ 300 nm。日本的帝人公司、 V ilene 公 司、 广濑制纸公司等也正在进行相关产品的开发。此外, 无 机高性能纤维强劲的发展态势和巨大的市场需求也在加速
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静电纺丝技术在超级电容器中的应用/ 靳 瑜等
静电纺丝技术的工业化进程。据报道, 2008 年受全球金融危 机的影响, 全球合成纤维的生产首次出现 1982 年以来的负 增长, 但与此相反, 全球无机高性能纤维正迎来前所未有的 大发展 , 而静电纺丝技术是制备无机高性能纤维 的重要方 法。这一切都为静电纺纳米纤维的工业化提供了巨大机遇。 静电纺丝工艺方面 , 许多研究者也进行了大量研究。例 如 , Gu 等[ 45] 通过对 PAN 静电纺丝工艺进行优化研究, 发现 溶液浓度是 影响纤维直径及其波动程 度的最大因素; Sm it 等 [ 46] 对 PAN 电纺的收集装置进行改进 , 用一个水溶液储器 代替了传统的平板收集器, 最后得到了多根纤维聚集在一起 连续取向的聚合物纱线。随着工艺的优化 , 射流不稳定性对 电纺制品的不利影响将会得到改善。同时也表明 , 研究人员 正在实现静电纺丝技术更大的可控性 , 电纺制品在结构和尺 寸方面正在向着人们预想的方向发展。 在超级电容器的运用方面 , 静电纺丝技术可以继续发挥 更大的作用。在电极制备方面, 可以进一步细化纤维尺寸 ; 可以制备更多纳米结构的电极, 如空心、 同轴、 以及分级结构 等 , 以满足不同形态电极的制备 ; 可以制备循环寿命更佳的 复合电极, 在复合电极中实现相界面的间隙配合, 以满足各 物相( 如氧化物相) 体积膨胀的需要。同时 , 可以运用静电纺 丝的优越性制备柔性的电极材料和电容器 , 以满足便携性的 要求。在隔膜的 制备方面, 可以尝试多种聚合物 的共同纺 丝 , 利用不同聚合物的成丝性、 导电性和环境稳定性的差异 , 制取理想的隔膜材料。总之, 随着静电纺丝技术的成熟 , 必 将带来电纺制品的进一步优化 , 为超级电容器性能的提高发 挥更大贡献 , 促进其商品化。
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材料导报 A: 综述篇
2008, 183( 2) : 717

2011 年 8 月( 上 ) 第 25 卷第 8 期

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