封面文章 | 长沙理工大学李传常教授、吉首大学吴贤文教授、华北理工大学何章兴教授等：静电纺丝–热压技术制备储热与储电薄膜及其应用

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IJMMM2024  Volume 31  Issue 9


封面故事

储能是能源发展的关键领域，电化学储能和热能存储等新型储能技术，具有响应速度快、选址灵活和建设周期短的优势，已广泛应用于电源侧、电网侧和用户侧。相较于传统的多功能一维和多维材料，通过静电纺丝–热压技术制备的纳米纤维材料具有较大的比表面积、优异的导电性能和导热性能；由于复合膜具有纵向和横向的纳米纤维，形成独特的导热途径，并为功能体的填充提供足够的空间。因此，静电纺丝–热压技术制备复合膜在储电与储热领域具有良好应用性能和前景。

文章信息

静电纺丝–热压技术制备储热与储电薄膜及其应用(点击查看原文)

车攀攀，谢宝珊，曹鹏辉，吕又付，刘代飞，朱华丽，吴贤文，何章兴，陈荐，李传常

引用本文：Panpan Che, Baoshan Xie, Penghui Cao, Youfu Lv, Daifei Liu, Huali Zhu, Xianwen Wu, Zhangxing He, Jian Chen, and Chuanchang Li, Electrospinning-hot pressing technique for the fabrication of thermal and electrical storage membranes and its applications, Int. J. Miner. Metall. Mater., 31(2024), No. 9, pp. 1945-1964. 

https://doi.org/10.1007/s12613-024-2842-7

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封面文章文章亮点

01

系统地阐述了复合薄膜的储热和储电机理。

02

回顾并展望了复合薄膜在储热方面的应用。

03

介绍并总结了复合薄膜在储电方面的应用。

文章导读

本文讨论了静电纺丝–热压技术(EHPT)用于制造具有良好热、电存储性能的纳米复合薄膜材料。首先介绍了EHPT的基本原理和优势，包括可以制备具有大表面积、可控形态和紧凑结构的纳米复合膜；系统地讨论了基于EHPT制备的纳米复合膜在储热和储电中的传导机制，以及如何通过改进制备工艺提高性能。

介绍了纳米复合薄膜在储热和储电两个领域的最新应用。在储热应用方面，特别是在电子设备的热管理和建筑节能领域，纳米复合膜因其高热导率和良好的机械性能，被用于改善热界面材料的性能，从而有效提高热管理效率；纳米复合薄膜应用于智能窗户，可根据环境温度变化自动调节透光率，以达到节能效果。在储电方面，纳米复合膜因其能显著提高储电器件的储能密度和放电效率，被应用于电容器、锂离子电池、燃料电池、钠离子电池和氢溴液流电池等，同时通过纳米复合膜制备的隔膜和电极材料有助于提高电池的比容量、充放电循环稳定性以及安全性。

总结了EHPT在储热和储电应用方面的进展，并讨论了未来的挑战和可能的解决方案。

图文解析
图1 (a) 聚L-乳酸纤维的扫描电子显微镜图像 [26]；(b) 制造掺氮纳米纤维的示意图 [47]；(c) 空心碳纳米纤维的扫描电子显微镜图像 [48]；(d) 聚酰亚胺纳米纤维的扫描电子显微镜图像 [24]；(e) 碳纳米纤维的透射电子显微镜图像 [49]；(f) 硅互连空心碳纤维横截面的结构 [50]；(g) 通过有限元模拟的聚复合材料（偏二氟乙烯-六氟丙烯）/Ba_0.6Sr_0.4TiO₃ [25]图2 (a) CMG/PI复合材料的制备示意图(ODPA：双(3-酞酰亚胺)醚；APB：1,3-双(4-氨基苯氧基)苯) [56]；(b) TRG/PS复合材料的热导率(λ)和热扩散系数(α)值 [57]；(c) 不同质量含量GO的GO/PI纳米纤维的平均热导率[58]；(d) (Ag/rGO)/PI复合材料的实验和理论热导率值[61]；(e) f-MWCNT-g-rGO/PI复合材料的热导率和[62]；(f) 红外热像图[62]图3 (a) 经线-经线和经线-纬线排列的SiCp/PS复合材料的热导率图 [70]；(b) 集成有热界面材料的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的示意图 [22]；(c) MOSFET表面温度随时间的变化[22]；(d) BNNS/PVA复合材料的制备示意图 [75]；(e) BNNS/PVA复合材料中的热流传递 [75]图4 (a) PVA/BNNS复合材料的制备示意图 [78]；(b) 两个LED芯片的热成像图 [78]；(c) LED芯片在运行中的温度变化 [78]；(d) PVA/BNNS复合材料的制备示意图；(e) 用于热应用的PAN和BNNS/PAN复合膜的说明 [80]：(e₁) LED的平面内和平面外散热的热界面材料（TIM）；(e₂) 使用该膜作为TIM的LED表面温度随时间的变化；(e₃) 使用该膜作为TIM的LED表面红外热成像图

图5 (a) 含有BaTiO₃(50%)的PI/BaTiO₃复合纳米纤维的扫描电子显微镜图像 [27]；(b) SMG/PVDF复合材料的EHPT制备工艺 [50]；(c) PI/BaTiO₃(40%)/MWCNTs(10%)纳米复合材料的SEM图像 [96]；(d) 三明治结构聚合物纳米复合材料的示意图 [97]；(e) 聚合物纳米复合膜的制备示意图 [25]；(f) 不同层数的P(VDF-HFP)/P(VDF-HFP)-NBT多层复合材料 [99]

图6 (a) 制备GPP纳米纤维的合成路线 [123]；(b) 通过 (b₁) 单电池测试和 (b₂) GPP纳米纤维和传统电极的功率密度获得的燃料电池极化曲线；(b₃) 在固定0.65V下进行的燃料电池稳定性测试 [123]；(c) 在 (c₁) 标准和 (c₂) 纳米纤维电极层中，高湿度和低湿度下离子omer分布和气体传输的示意图；(d) 三层阳离子交换膜的示意图 [126]

作者介绍

李传常，长沙理工大学能源与动力工程学院院长、教授、博士生导师，“电力生产与控制”国家虚拟仿真实验中心主任、“可再生能源电力技术”湖南省重点实验室主任，湖南省“芙蓉学者奖励计划”特聘教授、湖南省“湖湘青年英才”、湖南省“普通高校青年骨干教师”、长沙市“优秀杰出创新青年”。主要从事新能源与储能领域的教学与科研工作，主持国家级及省市级等项目20余项，其中国家自然科学基金3项，湖南省军民融合重大项目、湖南省重点研发计划、湖南省科技援疆等项目10多项。发表SCI论文60余篇，出版专著1部、团体标准1部，获省部级科技奖励4项。

封面文章

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供稿 | 王    欢

排版 | 许欢欢

编辑 | 陈佩仙

审核 | 黄冬华

期刊简介ABOUT US

《矿物冶金与材料学报（英文）》(InternationalJournal of Minerals, Metallurgy and Materials，IJMMM)是由教育部主管、北京科技大学主办、Springer Nature合作出版的英文学术期刊，1994年创刊，月刊。主要刊载矿物、冶金和材料领域的原创研究论文和特约综述等。被SCIE，EI，CAS，Scopus，ProQuest，OCLC，INSPEC等国际著名文摘或检索系统作为文献源期刊收录。入选中科院期刊分区二区。2023 JCR影响因子为5.6，在冶金与冶金工程学科和矿业工程与矿物加工学科位于Q1区,  在材料科学综合学科位于Q2区前列。2023 CiteScore为9.3，在金属与合金类、材料力学类、材料化学类等类别中均位于Q1区。入选《有色金属领域高质量科技期刊分级目录》T1级别；《冶金工程技术领域高质量科技期刊分级目录》T1级别。

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