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  近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室的俞書宏教授和姚宏斌教授等人報道了一種衍生自蝦殼結(jié)構(gòu)，通過自組裝幾丁質(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）的孔徑可以通過調(diào)節(jié)幾丁質(zhì)納米纖維自組裝過程中造孔劑（檸檬酸二氫鈉，SDCA）的數(shù)量來調(diào)節(jié)。通過優(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)性能對比

（a，b）不同隔膜的LiFePO4/Li半電池以0.5C的倍率在120℃時測得的（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簡單的真空干燥工藝制造CNM隔膜，使用SDCA作為犧牲模板來制備納米孔。CNM隔膜的獨(dú)特的納米級多孔結(jié)構(gòu)可以通過改變幾丁質(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