Chem. Eng. J. ：電紡CO2吸附膜的制備及其在鋅-空氣電池中的應用

DOI:10.1016/j.cej.2020.125031

鋅-空氣電池（ZABs）由于其高比容量而成為儲能應用的重要選擇。但是，當ZABs在環境空氣中運行時，空氣中的CO2（400 ppm）會與堿性電解質反應，形成碳酸鹽，這會縮短電池壽命。在這項工作中，研究者制備了電紡聚苯乙烯（PS）/聚乙烯亞胺（PEI）纖維膜，可在空氣進入ZAB之前從周圍空氣中捕獲二氧化碳，以增強電池性能。結果表明，PS/PEI纖維在室溫下的CO2吸附能力為3.42 mmolCO2/g吸附劑或7.58 mmolCO2/gPEI。在15次吸附-解吸過程之后，纖維保留了其初始CO2吸附能力的91%。配備PS/PEI纖維的ZAB電池與沒有纖維的ZAB電池（762 mAh/g）相比，具有更好的放電容量（802 mAh/g）。

圖1.使用靜電紡絲制備PS/PEI纖維膜的示意圖。

圖2.PS/PEI-3纖維墊。（a）纖維膜的外觀，（b）去除溶劑后的低倍放大（×500）的SEM圖像，（c）制備的單纖維的SEM圖像，（d）去除溶劑后的單纖維的SEM圖像，（e）去除溶劑后高倍放大（×30k）的橫截面SEM圖像，以及（f）PEI含量與平均直徑的關系。

圖3.PS/PEI纖維的ATR-FTIR光譜。

圖4.PS/PEI纖維膜的紅外圖。（a）PS/PEI-1、（b）PS/PEI-2和（c）PS/PEI-3的光學顯微鏡圖像。（d）PS/PEI-1、（e）PS/PEI-2和（f）PS/PEI-3的1563 cm-1 NH彎曲。（g）PS/PEI-1、（h）PS/PEI-2和（i）PS/PEI-3的3300 cm-1 NH拉伸。

圖5.（a）不同PEI含量的PS/PEI纖維的CO2吸附結果，（b）PS/PEI-3的CO2和N2吸附結果，（c）PS/PEI-3的15個CO2吸附和解吸循環，（d）保留二氧化碳的能力。

圖6.（a）不同空氣流速（400 ppm CO2）制備的PS/PEI膜的CO2滲透性測試結果（插圖顯示穿透時間與流速的關系）和（b）再生PS/PEI膜（插圖顯示突破時間與循環次數的關系）。

圖7.ZAB的PS/PEI纖維膜的示意圖。

圖8.（a）ZAB的示意圖，（b）有或沒有PS/PEI膜的ZAB的放電測試，（c）有和沒有膜的ZAB的充放電循環測試。