易丝帮小编从2019年近期刊论文中精选部分有代表的静电纺丝能源领域的科研成果，以便大家全面快速地掌握最新的研究动态，并希望给大家的研究带来一些启发。
1. Small Methods：静电纺丝构建异质结构纳米纤维用于可充锂离子电池正极材料
锂离子电池的能量密度主要受限于正极，亟需开发高比能正极材料。富锂锰基层状氧化物正极材料因具有电压和容量高、廉价、环境友好等优点而备受瞩目。然而，富锂锰基层状氧化物在充放电循环过程中存在首圈库仑效率低、倍率性能差以及容量/电压衰减等问题，限制其电池应用。
南开大学化学学院程方益课题组在Small Methods上报道了一种异质结构尖晶石/层状富锂氧化物纳米纤维作为性能优异的锂离子电池正极材料。采用静电纺丝与固相锂化结合制备异质一维纳米纤维，有利于锂离子快速传输，在层状富锂氧化物表面外延生长的尖晶石组分不仅能维持结构稳定性，而且提供了三维离子扩散通道，从而提升材料倍率性能。制备的元素组成为Li1.15Ni0.20Mn0.87O2的异质结构纳米纤维首圈库伦效率接近100%，5C可逆放电比容量150 mAh/g，0.2C循环70周比容量仍高达258 mAh/g，性能显著优于不含尖晶石相的富锂层状材料。
论文链接：https://doi.org/10.1002/smtd.201900350
2. Adv. Funct. Mater.：Li-S电池用电纺纳米纤维材料的研究进展
Li-S电池具有超高的理论能量密度（2600 Wh/kg），有原材料丰富、价格低廉以及环境友好等一系列优点，被认为是最具吸引力的下一代二次电池之一。然而，Li-S电池尚存在着导电性差、容量衰减过快、活性物质利用率低以及锂枝晶等诸多问题，这些问题使其实用化进程受到了严重的阻碍。其主要原因是，Li-S电池在充放电过程中易形成可溶于电解液的多硫化物的“穿梭效应”和严重的锂枝晶安全问题。程博闻教授、康卫民教授团队发表综述性论文，综述了Li-S电池用电纺纳米纤维材料的研究进展，并对Li-S电池用电纺纳米纤维材料的设计提出了建议。这些系统的讨论和提出的方向可以为Li-S电池用电纺纳米纤维材料的合理设计提供思路和方法。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.201905467
3. Nat. Commun.：导电碳纳米纤维穿透石墨烯结构改善钠离子电池性能
由于钠储量丰富性和易得性，钠离子电池(SIBs)作为下一代能源存储系统中最有前途的候选产品之一，引起了人们极大的兴趣。然而，钠离子(Na+)更大的直径(0.99 A)导致其离子传输速度较慢从而影响了其充电速度，很容易造成电极材料的破坏，因此其循环寿命较短。
格里菲斯大学Shanqing Zhang，江南大学Tianxi Liu和江苏师范大学成Chao Lai等首先通过静电纺PAA获得碳纳米纤维，然后将碳纳米纤维垂直穿透石墨烯薄片，构建出了碳纳米纤维相互穿透的石墨烯材料。然后原位生长二硫化钼纳米薄片，生成了二硫化钼@碳纳米纤维相互穿透的石墨烯结构（MoS2@CNFIG）。MoS2@CNFIG由于其独特的结构特点，具有几个重要的优势：(i)在电解质的快速渗透和离子的快速转移过程中，良好的运输通道可以被完整地保存下来，以实现长周期的循环。(ii)CNFs可以同时作为不同碳层之间的支撑柱，在电子的快速转移中发挥重要作用。(iii)二硫化钼纳米片沉积均匀，所有的活性位点完全暴露在电解质和Na+中，从而为MoS2@CNFIG杂化体提供了较高的能量密度。因此，基于上述结构制备的钠离子电池具有优异的电化学性能和超高的稳定性，比容量达到598 mAh g−1，长期循环稳定性可达1000次，即使在10 A g−1高电流密度下，也具有优异的大电流性能。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-11925-z
4. Adv. Energy Mater.：设计电纺三合一纤维膜助力高性能锂硫电池
锂硫电池作为一种高能量的存储系统，在可穿戴和便携式电子领域有着广阔的应用前景。然而，严重的穿梭效应、低硫导电率，特别是电极机械柔性差，限制了实际应用中硫的利用和负载。电纺纳米纤维膜由于其由无数连续纤维组成的天然三维网络结构，具有高孔隙率和优异的柔韧性，成为LSBs中潜在的重要组件，受到了广泛的关注。
西安交通大学丁书江教授团队采用电纺丝与膜技术相结合的简便有效的集成策略，制备了一种三合一柔性纤维膜。其底层由紧密堆积的硫(S)嵌入在众多导电碳纳米管中组成；中间层是由Co和N共掺杂分层纳米碳纤维(CoNCNFs)，由碳化电纺聚丙烯腈(PAN)纳米纤维与生长的沸石酰亚胺骨架(ZIF-L)二次纳米结构形成，具有在集流体上高负载和功能导电中间层的双重作用。它的顶层(最接近Li正极)是一种电纺聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维膜，用作高通量聚合物隔膜。它的初始容量为1501 mA h g−1，经过400次循环后的放电容量为933 mA h g−1，每个周期容量衰减较慢(0.069%)。这种集成的柔性S-CNTs/CoNCNFs/PVDF纤维膜即使在高硫负载下，也能在扣式和柔性袋型LSBs中展现出较高的可逆容量和长周期的循环能力。
论文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.201902001
5. Angew: 静电纺构建含超细Sb纳米晶的碳纤维改善钾离子电池性能
在各种电池中，钾离子电池PIB具有能量密度高、钾资源丰富、成本低廉等优点，受到了人们的广泛关注。基于锑（Sb）的纳米复合材料因为具有大的理论容量和合适的工作电压有望成为PIB的负极材料。然而，钾离子具有扩散慢的特性，以及不稳定的Sb/电解质界面和巨大的体积变化构成了严重影响了电池的电化学性能，阻碍了基于Sb的负极在钾离子电池（PIB）的实际应用。
南京师范大学周小四团队以乙酸锑(Sb(Ac)3)、聚丙烯腈(PAN)、聚苯乙烯(PS)为原料，通过静电纺丝法制备含Sb3+的u-Sb@CNFs的合成路线，将超细Sb纳米晶体原位封装在由纳米通道阵列组成的碳纳米纤维中（u-Sb@CNF），解决了上述问题，实现了高性能的PIB。超小型Sb纳米晶体和中空纳米通道可实现快速的K+运输和应力缓解。有趣的是，由聚集的u-Sb@CNF组成的独立而有弹性自支撑材料可直接用作负极，因此不需要导电添加剂和粘合剂。该材料展示出优异的电化学性能，在1A g-1下2000次循环后保留225 mAh g-1的可逆容量。因此，该研究的方法代表了一种将多功能纳米复合材料作为电极的通用方法，用于包括钾离子电池和钠离子电池在内的广泛的先进储能应用。
论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.201908918
6. Adv. Funct. Mater.: 静电纺丝构建高兼容性硫化聚丙烯腈电极
硫化聚丙烯腈（SPAN）在碳酸酯类电解液中具有高度稳定性，能够抑制锂硫电池中多硫化物的溶解，被认为是最有前景的锂硫电池正极材料之一。但目前关于SPAN的研究发现其在醚类电解液中易发生分子重排现象，产生Li2Sx，导致电池性能的恶化。与碳酸酯类电解液相比，醚类电解液与锂金属负极具有更好的兼容性，而SPAN与醚类电解液较差的兼容性阻碍了其潜在应用。
东华大学刘天西教授、王丽娜副教授等人以含有PAN和CNTs的N、N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液为原料，采用静电纺丝技术与热处理相结合的方法，制备了柔性自支撑SPAN/CNT纳米纤维膜，并将其作为锂硫电池的正极材料。此外，作者研究了其在不同电解液中的稳定性，合理的分子结构，并深入探讨了S在SPAN中的电化学转化机制。苏州大学功能纳米与软物质研究院（FUNSOM）赵宇教授等也参与了本项工作。研究发现，交织在一起的网络被热解成SPAN/CNT纳米纤维不仅能加速电荷转移，而且能提供快速的离子传输通道。放电过程中生成的硫化锂纳米薄片的活化作用决定了其充放电容量和倍率性能。例如，电流密度为800 mA g -1时，经过1000个循环后，比容量为1180mA h g−1，容量衰减较少，具有良好的实际应用前景。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.201902929
7. J. Mater. Chem. A：首次探索静电纺离子液体前驱体合成高性能锂离子电池正极材料
磷酸聚阴离子正极材料由于具有较强的P-O键和三维固体结构，在高功率条件下可满足安全特性。其中，磷酸钒锂锂盐Li3V2(PO4)3(LVP)以平均~4.0 V的充放电电压和197 mAh g-1的高理论容量备受关注。但是，其固有的低电导率严重限制了其在LIBs中的实际应用。
厦门大学段小川团队首次探索了离子液体前驱体(ILP)在静电纺丝过程中合成LVP的方法。由于1-正丁基-3-甲基咪唑二氢磷酸([Bmim]H2PO4)具有良好的溶解度，可得到一种稳定可纺的PAN基静电纺丝前驱体溶液，并通过静电纺丝成功地制备了LVP自支撑电极材料。更重要的是，离子液体（IL）在整个电纺的过程包括随后的热处理扮演多个角色：IL可以诱导形成LVP纳米立方体，也作为形成LVP纳米立方体的碳源。LVP-NC/NCNF自支撑电极作为锂离子电池的正极，具有比容量大、循环性能稳定、速度快等优异的电化学性能。LVPNC/NCNF自支撑电极在5C时循环1000次放电容量高达143.6 mAh/g。这种易操作离子液体辅助静电纺丝方法有望使磷酸盐基电极得到进一步的发展，为高性能锂离子电池正极材料的设计提供新的思路。
