Small Science:静电纺丝纳米材料在锌空电池中的研究进展

随着现代社会的高速发展,能源问题越发凸显,二次电池已成为当今能源领域的重要研究方向。其中,锌空电池由于其资源丰富,安全稳定和较高的理论比能量等优势而受到广泛关注。与此同时,静电纺丝技术在二次电池各部分组成材料的设计和制造方面备受关注。近日,华中科技大学化学与化工学院夏宝玉教授与齐锴教授等在Small Science上系统梳理了静电纺丝技术在锌空电池中各部分材料制备的研究进展。

本文要点

要点1. 介绍了静电纺丝技术的相关原理和影响因素,包括利用前驱体溶液中的物质种类和比例,纺丝过程参数及接收基底类型等,通过合理调控静电纺丝条件可以为制备多功能纳米材料奠定基础。

要点2.锌空电池的容量主要依赖于锌负极。因此,提高锌负极利用率是提高锌空电池性能的决定性因素。然而,析氢腐蚀、枝晶、钝化和形变等是影响锌负极性能的主要原因。为此可以采用静电纺丝技术调控锌金属成核行为以及抑制界面副反应,从而提高锌空电池性能。

要点3. 为了防止锌负极与空气正极的物理接触,理想的隔膜材料要具有较高的电阻和长期耐碱性,以避免腐蚀和分解。同时该隔膜还需要良好的机械性能,最大限度地减少锌枝晶的影响,延长锌空电池服役寿命。静电纺丝技术易于制备宏观集成隔膜,并可进行活性材料的多样化添加,适合于锌空电池中高效隔膜的制备,可赋予器件长期稳定运行的能力。

要点4. 空气正极侧重于对氧催化剂和自支撑一体化空气电极的设计和制备。其中,氧催化剂的催化活性决定了锌空电池的电化学性能,因此电催化剂的设计应当遵循高效稳定廉价等原则。静电纺丝技术在制备高效氧电催化剂和空气电极等方面显示出良好的潜力。

要点5. 近年来静电纺丝技术在锌空电池中取得了很大的应用进展,但仍需在催化剂制备、电极组装、催化表征和器件运行等跨学科体系交叉融通,才能推动锌空电池在基础创新和应用技术等进行持续升级。

封面图片: 静电纺丝技术在锌空电池不同组件中的应用。

论文信息:

Recent Advances on Electrospun Nanomaterials for Zinc-Air Batteries

Chenfeng Xia, Yansong Zhou, Chaohui He, Abdoulkader Ibro Douka, Wei Guo, Kai Qi*, Bao Yu Xia*

Small Science

DOI: 10.1002/smsc.202100010

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smsc.202100010