A novel membrane based on cellulose acetate nanofibers with a ZrO2 reinforcement layer for advanced sodium-ion batteries

材料科学 纳米纤维 电解质 接触角 化学工程 醋酸纤维素 润湿 极限抗拉强度 电导率 细菌纤维素 表面改性 图层(电子) 复合材料 纤维素 电极 化学 生物化学 物理化学 工程类
作者
Tianming Zhu,Xiaoxi Zuo,Yawen Li,Lengdan Zhang,Dongming Xie,Xin Xiao,Jiansheng Liu,Junmin Nan
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:620: 118917-118917 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2020.118917
摘要

A novel ZrO2-reinforced nanofibrous membrane for sodium-ion batteries was synthesized via fabricating a ZrO2-reinforced layer on the surface of the modified cellulose acetate membrane (MCA) by a new and simple in-situ chemical precipitation method. Upon the rational design, the ZrO2-reinforced nanofibrous membranes exhibit high chemical stability and excellent wettability (a decreased contact angle from 26.8° to 7.4°) in electrolytes. Moreover, the ZrO2-reinforced nanofibrous membranes also show no distinct dimensional change after being kept at 250 °C for 30 min and high tensile strength up to 1.15 MPa. Compared to that of the MCA membrane (1.61 mS cm−1), the ZrO2@MCA-0.5h (immersed in a ZrO(NO3)2 solution for 0.5 h) exhibits a high ionic conductivity of 2.23 mS cm−1. Additionally, the cell with the ZrO2@MCA-0.5h displays a high discharge capacity of 224.8 mAh g−1 at 0.5 C, which are higher than those of the MCA membrane (156.1 mAh g−1). Meanwhile, the rate performance of the cells assembled with the ZrO2-reinforced nanofibrous membranes, especially with the ZrO2@MCA-0.5h membrane,are also better than that of the MCA. All the above improvements can be attributed to the presence of the continuous-phase ZrO2 reinforcement layer fabricated on the surface of the MCA membrane, which forms a strong self-adhesive structure among fibers to enhance mechanical strength and has a good affinity for the electrolyte to obtain high ionic conductivity.

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