静电纺丝设备可以简便、高效地制备纳米纤维,有较高的比表面积和孔隙率,并可制备出多种结构的纳米材料,在太阳能电池、电池隔膜及电极材料的应用上具有很大优势。
(1)燃料敏化太阳能电池
静电纺丝制备的太阳能阳极材料膜具有机械性能好、连续性好以及空隙率高等优点。
TiO2,ZnO,Nb2O5,SnO2等都可以被用作染料敏化太阳能电池光阳极材料。
电解质在燃料敏化太阳能电池主要传输电荷。目前应用于燃料敏化太阳能电池的聚合物凝胶电解质包括PAN、PEO、PMMA、PBA、PVDF-HFP等,其中以PVDF-HFP应用最为广泛。通过静电纺丝技术制备出具有三维立体结构的纳米纤维膜,具有较高的孔隙率与比表面积,是制备聚合物电解质的理想材料。
(2)电池隔膜
目前市场碱性电池隔膜采用传统工艺制得的聚丙烯非织造布纤维直径较粗,孔径较大且分布不均匀,从而电解液吸收能力较低,增大了电池的短路几率,从而限制了广泛应用。有研究结果表明通过静电纺工艺、交联处理及TiO2能提高纤维的机械性能和吸碱率。
近年来锂离子电池隔膜应用越来越广泛,目前方法所生产的孔隙率和吸液率较低,不能满足大电流充放电的需要,电纺纤维隔膜具有较高的孔隙率和离子导电率。现阶段主要应用的静电纺材料包括PVDF、PET、PAN等。在研究中主要从化学稳定性、膜厚、孔隙率、孔径大小与分布、透气性、润湿性、机械性能、热稳定性以及安全性这些方面来提高锂离子隔膜的性能。
(3)电极材料
理想的锂离子正极材料,应具备高的输出电压,高的比容量,循环寿命长,导电性能好以及材料易制备、环保、低成本的特点。目前主要的正极材料有LiCoO4、LiNiO2、LiMn2O4以及LiFeO4等。 静电纺丝的电极材料电容量提高并且耐用性增强。
锂离子负极材料要求锂离子在负极的骨上的扩散系数高,嵌入电位较低,电子导电率良好比的相容性较好。
目前常用的负极材料是静电纺PAN纳米纤维进行热处理得到碳纳米纤维电极,具有较好的比容量和循环性。