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  近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的俞書宏教授和姚宏斌教授等人報(bào)道了一種衍生自蝦殼結(jié)構(gòu)，通過(guò)自組裝幾丁質(zhì)納米纖維制備的新型環(huán)保隔膜用于鋰/鈉離子電池中。研究發(fā)現(xiàn)，幾丁質(zhì)納米纖維隔膜（CNM）的孔徑可以通過(guò)調(diào)節(jié)幾丁質(zhì)納米纖維自組裝過(guò)程中造孔劑（檸檬酸二氫鈉，SDCA）的數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)。通過(guò)優(yōu)化CNM的孔徑，具有CNM隔膜的LiFePO4/Li半電池的電化學(xué)性能可以與采用商業(yè)化聚丙烯（PP）隔膜的電池性能相媲美。更值得注意的是，CNM隔膜在LiFePO4/Li電池處于120°C條件下以及 Na3V2(PO4)3/Na電池中展現(xiàn)了比PP隔膜更加優(yōu)異的性能。相關(guān)成果發(fā)表在Nano Letters上。該工作的第一作者是張?zhí)煳摹?

圖1 幾丁質(zhì)納米纖維的SEM圖像和相關(guān)圖片

（a）獲得的幾丁質(zhì)納米纖維懸浮液的圖片

（b） 獲得的幾丁質(zhì)納米纖維的SEM圖像

（c） 直接真空干燥幾丁質(zhì)納米纖維懸浮液得到CNM

（d） 在SDCA的作用下，CNM隔膜中納米孔的生成示意圖

圖2 CNM隔膜的微結(jié)構(gòu)表征

（a-e）幾丁質(zhì)納米纖維懸浮液中不同量的SDCA（分別為0，20wt％，30wt％，40wt％和50wt％）作用下CNM隔膜的SEM圖像和相應(yīng)的橫截面SEM圖像

（f）商業(yè)化PP隔膜的SEM圖像和相應(yīng)的橫截面圖像

圖3 PP隔膜和CNM隔膜的性能

（a，b）分別為PP隔膜，纖維素?zé)o紡布隔膜和CNM隔膜的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

（c）PP隔膜和幾丁質(zhì)/ SDCA-40％隔膜的DSC曲線

（d）在150℃下熱處理0.5小時(shí)之前（左）和之后（右），PP隔膜和幾丁質(zhì)/ SDCA-40％隔膜的圖片

（e，f）PP隔膜和Chitin / SDCA-40％隔膜上電解液滴的接觸角圖片

圖4 采用不同隔膜的LiFePO4/Li半電池電化學(xué)性能比較

（a） 在1.0mV s-1的掃描速率下，PP隔膜和幾丁質(zhì)/SDCA-40％隔膜的線性掃描伏安曲線

（b） 在0.1C倍率（1C = 170mA g-1）下，使用PP隔膜和幾丁質(zhì)/SDCA-40％隔膜的LiFePO4/Li半電池充電/放電電壓曲線

（c，d）分別使用不同充電/放電速率的PP隔膜和幾丁質(zhì)/SDCA-40％隔膜的電池電壓分布

（e）使用PP隔膜、纖維素?zé)o紡布隔膜和幾丁質(zhì)/SDCA-40％隔膜的電池在0.1C倍率下首次進(jìn)行5個(gè)循環(huán)后，隨后以0.5C的倍率循環(huán)的循環(huán)性能

圖5 采用不同隔膜的LiFePO4/Li半電池在120℃以及Na3V2(PO4)3/Na半電池的電化學(xué)性能對(duì)比

（a，b）不同隔膜的LiFePO4/Li半電池以0.5C的倍率在120℃時(shí)測(cè)得的（a）充電/放電電壓曲線和（b）循環(huán)性能

（c，d）分別在0.1C和0.5C（1C = 117mA g-1）倍率下，不同隔膜的Na3V2(PO4)3/Na半電池的（c）充放電電壓曲線和（d）循環(huán)性能

  本研究從蝦殼中提取了幾丁質(zhì)納米纖維，并使用這些納米纖維通過(guò)簡(jiǎn)單的真空干燥工藝制造CNM隔膜，使用SDCA作為犧牲模板來(lái)制備納米孔。CNM隔膜的獨(dú)特的納米級(jí)多孔結(jié)構(gòu)可以通過(guò)改變幾丁質(zhì)納米纖維懸浮液中SDCA的含量進(jìn)行微調(diào)，所制備的隔膜在鋰/鈉半電池中均展現(xiàn)了優(yōu)異的性能。

  論文鏈接：http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.7b01875