DOI: 10.1021/acsaem.1c01682

本研究提出了一种用于钠离子电容器的新型固态电纺纳米杂化聚合物膜电解质（esHPME），以提高离子电导率和能量密度。据报道，一种嵌入Na2Zn2TeO6（NZTO）的3D纳米纤维聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）纳米杂化电解质可用于钠离子电容器中。首先，采用静电纺丝技术制备具有不同负载量（0、5、10和15wt％）NZTO纳米颗粒的PVDF-HFP基esHPME，并通过将其浸泡在液体电解质（含1M NaPF6的EC/DMC，1:1v/v）中进一步活化，以用作电解质-隔膜。在所制备的esHPME中，嵌入10wt％NZTO的esHPME表现出最大的离子电导率和2.5V的电化学窗口。通过物理表征和电化学性能研究了无机纳米粒子（NZTO）和有机聚合物（PVDF-HFP）之间的杂化效应。以电池型Na0.67Co0.7Al0.3O2为负极，活性炭为正极制备了硬币电池型钠离子超级电容器。所制备的钠离子超级电容器[Na0.67Co0.7Al0.3O2/esHPME（10wt％NZTO）/AC]在1 A g-1电流密度下可提供99.375 F g-1的能量密度，在1000次充放电循环期间的容量保持率高达84％。钠离子电容器的最大能量密度和功率密度分别为35.33 W h kg-1和1.6 kW kg-1。因此，本工作证明了基于电纺PVDF-HFP/NZTO的纳米杂化膜电解质在耐用性钠离子电容器中的巨大潜力。

图1.合成esPME和含有不同重量百分比（5、10和15）NZTO活性填料的esHPME的示意图。

图2.（a）esPM，（b）esPME，（c）esHPM（PVDF-HFP/10wt％NZTO纳米颗粒）和（d）esHPME（含有液体电解质，含1M NaPF6的EC/DMC，1/1，v/v）的FESEM图像。插图为每个样本放大20,000倍的图像。

图3.esPM和含有不同重量百分比（5、10和15）NZTO纳米颗粒的esHPM的孔隙率和电解质吸收测量图。

图4.NZTO粉末以及所开发esPM和esHPM（5、10和15wt％NZTO）的DSC曲线。

图5.NZTO粉末、PVDF-HFP粉末、esPM和esHPM（5、10和15wt％NZTO）的FTIR光谱。

图6.（a）esPM和（b）esHPM（10wt％NZTO纳米颗粒）在50-150℃不同温度范围内的热收缩分析测试。

图7.（a）NZTO粉末衍射的Rietveld精修图以及（b）通过NZTO定量分析获得的NZTO晶体结构。

图8.（a）NZTO纳米粒子以及所制备的esPM和esHPM（5、10和15wt％NZTO）的XRD图。（b）在10-30°的θ范围内放大的XRD图。

图9.（a）esPME和esHPMEs（5、10和15wt％NZTO）的电化学阻抗谱，（b）放大比例下的阻抗图（插图：等效电路），以及（c）由SS/esHPME（10wt％NZTO）/SS系统获得的LSV图。

图10.（a）使用esHPME（10wt％NZTO）的钠离子电容器在不同电流密度下的GCD曲线。（b）比电容与电流密度的代表性曲线。（c）比容量保持率与充放电循环次数之间的函数关系。（d）所制备的NIC的Ragone图。