普通静电纺纳米纤维隔膜材料的力学性能与透气性能

本章利用静电纺丝技术制备出了纳米纤维电池隔膜、电极材料，并实现了其在锂离子电池、超级电容器、染料敏化太阳能电池及纳米发电机等能量存储与转换领域的特效应用。

针对目前普通静电纺纳米纤维隔膜力学强度差、孔径大的问题，通过调控纤维膜结构并对其进行后处理（浸渍改性、热引发自由基聚合反应等），制备出具有优异力学性能和电化学性能的纳米纤维隔膜材料。尽管静电纺纳米纤维膜在锂离子电池隔膜应用方面已取得了很大的进展，但是依然面对很多挑战，例如，静电纺纳米纤维膜的结构与电学性能间的构效关系还需进一步探讨，隔膜与正负极材料的界面相容性有待深入研究，锂离子在纤维膜内的传导机制尚需深入分析。

超级电容器较锂离子电池具有更高的功率密度、更快的充放电速度及更长的循环使用寿命，碳纳米纤维电极材料的电容性能与材料比表面积、孔体积及材料本身的结构性质有关。通过将碳纳米纤维与金属氧化物或导电聚合物复合（如在碳纤维中掺入NiFe2O4、Fe3O4等）制备出柔性多孔结构碳纳米纤维，结合静电雾化技术构筑出具有多级结构和核壳结构的碳纳米纤维，上述方法制备的碳纳米纤维膜均表现出良好的电容特性。今后的研究重点将集中在以下三个方面：提高碳纳米纤维的力学强度；通过调控金属氧化物的晶粒尺寸和晶体结构来精确控制碳纳米纤维中孔径大小；选取更适合的活性物质来提高电极材料的电容值等。(www.xing528.com)

针对染料敏化太阳能电池光电转换效率低的问题，通过相分离法、热压技术、流延法等制备出高光电转换效率的多孔无机纳米纤维电极材料，并将其用于染料敏化太阳能电池中。未来的研究将集中于以下两个方面：一方面需要深入研究电极材料微观结构与光电性质的关系，优化TiO2的能级结构，从而减少电子空穴的内部复合概率，提高光电传输效率；另一方面，需进一步研究光生电子的注入、传输机理，这将有助于优化电池性能，制备出高光电转换效率的染料敏化太阳能电池。

针对摩擦纳米发电机中摩擦材料易吸湿、力学性能不足等问题，采用静电纺丝技术制备出优异电正性和电负性的纳米纤维膜，并通过后处理工艺（酸碱刻蚀、氨基化改性等）提高了纤维膜的疏水性能、力学性能、摩擦电学性能，制备了高输出、高抗湿型可穿戴电子器件。静电纺纳米纤维膜还具有优异的透气性能，具备研发可呼吸式TENG的巨大潜力，更加符合人体对可穿戴器件的舒适性需求，未来的研究工作将集中于可呼吸式TENG的研发与应用。