전기방사는 1차원 나노섬유를 제조하는 빠르고 쉬운 방법입니다.

전기방사 장치에는 주사기, 고전압 전원 공급 장치 및 수집기가 포함됩니다. 그 중 주사기는 금속 바늘을 방사 구금으로 사용합니다. 일반적인 전기방사 공정에서는 고분자 용액이 주사기에 주입되고 주사기 펌프를 통해 방사구금으로 들어가 표면 장력의 영향을 받는 펜던트 방울을 형성합니다. 방사구금과 컬렉터 사이에 고전압이 가해지면 액적 표면의 정전기적 반발력으로 액적이 늘어나 원뿔형 구조, 즉 테일러 콘을 형성하게 됩니다[12]. 적용된 전압이 임계값에 도달하면 정전기 반발력이 표면 장력을 극복하고 액체 제트가 방사구 끝에서 분출됩니다. 이 과정에서 액체제트는 정전기적 반발력에 의해 지속적으로 신장되며, 그 직경은 수백 또는 수십 나노미터로 감소한다[13~15]. 일반적인 공정에서 액체 제트의 용매는 증발하고 응고된 폴리머 섬유는 무작위 방향의 부직포 매트를 형성합니다. 전기방사된 나노섬유의 직경(R)은 준비 매개변수(유량 Q, 전기장 강도 E, 전류 I, 방사구금과 컬렉터 사이의 거리 D, 전구체 용액 밀도 ρ)에 의해 결정됩니다. Spivak 등[16,17]은 전기방사 나노섬유의 입자 크기를 분석하기 위해 모델 R = (ρQ3 ) 1/4 · (2IEDπ 2 ) –1/4를 사용했습니다.

(1) 구조적 제어 실현

(2) 인터페이스 안정성 향상

(3) 전기 전도성 향상

(4) 부피 팽창 효과 완화

(5) 복합재료 설계 구현

이러한 장점은 리튬 이온 배터리의 사이클 수명, 속도 성능 및 에너지 밀도를 향상시키고 고에너지 밀도 에너지 저장 시스템에 실리콘 탄소 양극 재료의 적용을 촉진하는 데 도움이 됩니다.

전기방사 기술을 통해 실리콘 나노입자 또는 나노와이어를 폴리머 용액과 혼합하여 나노섬유 또는 나노와이어 유사 구조를 형성할 수 있습니다. 이러한 구조는 높은 비표면적과 전기 전도도를 가지며, 리튬 이온의 삽입 및 탈리 과정을 촉진합니다.

나노재료에는 탄소 나노섬유-실리콘 복합재, 실리콘 나노클러스터, 실리콘 나노섬유, 실리콘이 풍부한 나노섬유 구조, 탄소 매트릭스에 초미세 SiO2 나노구조 도메인이 포함된 복합 재료, 실리콘-탄소 나노섬유 구조가 포함된 하이브리드 양극 재료 등이 있습니다.

이들 재료는 균일한 분포, 고용량, 사이클 안정성 및 우수한 전기화학적 성능 등의 특성을 갖고 있어 잠재적인 응용 가능성을 보여줍니다.

전기방사 과정에서 내부 탄소재료층에 실리콘 입자를 감싸 코어-쉘 구조를 형성하게 된다. 이 구조는 실리콘 입자에 대한 보호층을 제공하고 실리콘 소재와 전해질 사이의 상호 작용을 줄여 배터리의 사이클 수명을 향상시킵니다.

하이브리드 섬유(SiNP@C)(하이브리드 섬유(SiNP@C)), 2차 탄소 코팅 복합나노섬유(CNFs/Si@C), 실리콘/탄소@탄소나노섬유(Si/C@CNFs), 유연한 질소 도핑 실리콘 /탄소나노섬유(SC-NF) 음극소재, 실리콘@환원그래핀옥사이드/탄소나노섬유(Si@rGO/CNFs) 복합 재료, SiOx@TiO2/C 섬유, 이중층 탄소 보호 동축 코어-쉘 구조 재료, Fe/Fe3C 변형 탄소 나노섬유 코팅 Si 나노입자(Fe/Fe3C-Si@CNFs) 코어-쉘 복합 재료, Si@NiO @CNFs 양극 재료, Si@SiOx/CNFs 유연한 복합 필름.

코어-쉘 구조와 전도성 네트워크 설계를 통해 실리콘-탄소 나노섬유는 실리콘 입자의 부피 팽창 및 수축을 효과적으로 완화하고 배터리 사이클링 중 용량 감소를 줄일 수 있습니다. 이 나노섬유 소재는 우수한 사이클 안정성을 보여주고 높은 용량 유지율과 사이클 수명을 유지할 수 있어 리튬 이온 배터리의 신뢰성에 대한 중요한 보증을 제공합니다.

용액 농도, 방사 전압 등과 같은 전기방사 매개변수를 조정함으로써 다공성 실리콘-탄소 복합 나노섬유를 제조할 수 있습니다. 다공성 구조는 활물질 표면을 더 많이 제공하고 리튬 이온의 확산 경로를 증가시켜 배터리 용량 및 사이클 성능을 향상시키는 데 도움이 됩니다.

나노미세다공성 실리콘섬유(m-SiNFs), 나노실리카/다공성탄소@다공성탄소나노섬유(Si/C@PCNF), 나노실리카/다공성탄소나노섬유(Si@HPCNF), 탄소코팅실리콘 다공성탄소복합섬유 (메조다공성 탄소를 구성하기 위한 희생 템플릿(ZIF-8)), PSi@SPCF 복합재료, 50Al-50Si 합금 실리콘 양극 스트립, Si@PCNF 하이브리드 재료

다공성 구조를 마련함으로써 더 많은 공간을 제공하여 부피 팽창을 완화하고 전해질의 투과성을 높이며 이온 전달을 촉진할 수 있습니다. 동시에 보호 매트릭스를 도입하면 추가적인 기계적 지지와 전자 전도를 제공하여 전극 재료가 파손되거나 분리되는 것을 방지할 수 있습니다. 다공성 구조의 최적화와 원자 도핑을 통해 전극 재료에 대한 부피 변화의 영향을 줄일 수 있으며, 실리콘 기반 전극의 전기화학적 성능과 사이클 안정성을 성공적으로 향상시킬 수 있습니다. 이는 지속 가능한 기술 개발에 큰 의미가 있습니다. 효율적인 에너지 저장 기술.