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综述:石墨烯基电纺导电纳米纤维、超级电容器和锂离子电池正极、负极的研究进展

在这篇综述中,作者全面介绍了石墨烯基电纺导电纳米纤维、超级电容器、锂离子电池正极和负极制备方面的研究发展,包括过去的主要进展、技术问题和纳米结构材料的研究。

目前,静电纺丝技术可制备零维(0D), 一维(1D),二维(2D)和三维(3D)导电纳米纤维,这些纳米结构赋予纳米纤维许多优异的性能,例如光学性能、机械性能、热性能和电学性能等。在纳米材料中,石墨烯是一种可用于电纺丝的具有发展前景的纳米填料,可增强机械、电气和形态学等多种多功能性能,从而达到纳米纤维所需的直径或孔隙度。因此,将其与电纺纳米纤维复合以改善复合材料的机械强度、亲水性、电导率和热稳定性等性能。

在这篇综述中,作者全面介绍了石墨烯基电纺导电纳米纤维、超级电容器、锂离子电池正极和负极制备方面的研究发展,包括过去的主要进展、技术问题和纳米结构材料的研究。此外,还讨论了纤维化学中涉及的几种方法和先进的表征技术,从而更好地理解纤维结构与电性能之间的机理。作者还提出获得石墨烯基电纺纳米纤维的主要挑战是改善聚合物基质中氧化石墨烯的分散、排列和合适的负载量。最后,作者总结了石墨烯基电纺纳米纤维是超级电容器、锂离子电池正极和负极的主要纳米复合材料之一,具有容量大、速率高、周期稳定性好等优点。石墨烯基纳米纤维作为纳米复合材料的应用,缩短了锂离子电池的离子/电子的传输路径,为多功能的纳米复合材料设计提供了新思路。

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图1 (a)采用同轴电纺丝制备PANi/G-PBASE/PMMA纳米纤维的机理图;(b)采用电纺丝并结合超声喷涂的机理图。

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图2 (a) 自支撑各向异性导电PI-GNR/CNT薄膜,其中GNR/CNT用作混合纳米填料;(b)电纺丝制备GCNF@MoS2

锂离子电池电极材料通常为粉末状材料,在充放电过程中发生较大的体积膨胀等现象,导致其较差的循环性能。因此,研究者利用碳质材料对电池进行表面改性以提高电池性能。具有高比表面积的二维rGO纳米片复合在电纺纳米纤维中可以提高在锂离子电池导电性以及抑制电极材料的体积膨胀,从而达到改善锂离子电池的电化学性能的目的。

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图3 GCO纳米纤维复合的制备过程示意图。

论文链接:https://doi.org/10.1080/10408436.2018.1492367

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