Continuous Rapid Fabrication of Ceramic Fiber Sponge Aerogels with High Thermomechanical Properties via a Green and Low-Cost Electrospinning Technique

材料科学 静电纺丝 制作 陶瓷 复合材料 纤维 海绵 气凝胶 纳米技术 聚合物 医学 替代医学 植物 病理 生物
作者
Feng Yan,Yongshi Guo,Xinyu Li,Liang Zhang,Jianhua Yan
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (29): 19054-19063 被引量:42
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c03303
摘要

Ceramic aerogel is an appealing fireproof and heat-insulation material, but synchronously improving its mechanical and thermal properties is a challenge. Moreover, the expensive discontinuous processing techniques inhibit the large-scale fabrication of ceramic aerogels. Here, we propose a water-based electrospinning method, based on the hydrolysis and condensation reactions of ceramic precursor salts themselves, for the continuous and rapid (0.025 m3/min) fabrication of ceramic fiber sponge aerogels with dual micronano fiber networks, which show synchronous enhanced fireproof, thermal insulation, and resilience performance. The elastic ceramic micro/nano fiber sponge aerogels contain robust silica-based microfibers as a firm skeleton and alumina-based nanofibers as elastic thermal insulation filler. The sponges have a high porosity of >99.8%, a low mass density (6.21 mg/cm3), a small thermal conductivity (0.022 W/m·K), and a large compression strength (21.15 kPa at 80% strain). The ceramic fiber sponges can effectively prevent the propagation of thermal runaway when a lithium battery experiences catastrophic thermal shock (>1000 °C) in the power battery packs. The proposed strategy is feasible for low-cost and rapid synthesizing ceramic aerogels toward effective battery thermal management.
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