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Erschienen in: Journal of Materials Science 17/2019

30.05.2019 | Energy materials

High-strength electrospun carbon nanofibrous mats prepared via rapid stabilization as frameworks for Li-ion battery electrodes

verfasst von: Xue Yang, Yichun Ding, Zhigang Shen, Qian Sun, Fan Zheng, Hao Fong, Zhengtao Zhu, Jie Liu, Jieying Liang, Xiaoxu Wang

Erschienen in: Journal of Materials Science | Ausgabe 17/2019

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Abstract

Carbon nanofibrous nonwoven mats (CNFMs) prepared via electrospinning offer excellent electrical and structural properties and have been used as frameworks for electrodes in electrochemical energy storage devices. However, lack of mechanical strength hinders the broad applications of CNFMs in flexible electronics or industry use. In this work, a rapid stabilization method is developed to prepare high-strength and flexible CNFMs. Studies of the effects of stabilization time on the structures of the stabilized polyacrylonitrile (PAN) nanofibers and the subsequent carbon nanofibers reveal that there is an optimal stabilization time for making high-strength CNFMs. Long stabilization time results in excessive oxidation of the stabilized PAN nanofibers and unwanted defects in the carbon nanofibers. Short stabilization time results in carbon nanofibers with less crystalline structures due to insufficient formation of the thermally stable ladder-like structure. Robust and flexible CNFM with the highest tensile strength of 192.7 MPa is obtained using an optimized total stabilization time of 40 min. To demonstrate the application of the flexible CNFMs, they are fabricated as an electrode framework to load TiO2 nanoparticles without use of organic binders. Lithium ion half-cell based on this electrode demonstrates superior rate cycling performance owning to the porous structure and highly conductive fibrous carbon network of CNFM.

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Literatur
25.
Zurück zum Zitat Wang X, Xi M, Fong H, Zhu Z (2014) Flexible, transferable, and thermal-durable dye-sensitized solar cell photoanode consisting of TiO2 nanoparticles and electrospun TiO2/SiO2 nanofibers. ACS Appl Mater Interfaces 6:15925–15932. https://doi.org/10.1021/am503542g CrossRef Wang X, Xi M, Fong H, Zhu Z (2014) Flexible, transferable, and thermal-durable dye-sensitized solar cell photoanode consisting of TiO2 nanoparticles and electrospun TiO2/SiO2 nanofibers. ACS Appl Mater Interfaces 6:15925–15932. https://​doi.​org/​10.​1021/​am503542g CrossRef
Metadaten
Titel
High-strength electrospun carbon nanofibrous mats prepared via rapid stabilization as frameworks for Li-ion battery electrodes
verfasst von
Xue Yang
Yichun Ding
Zhigang Shen
Qian Sun
Fan Zheng
Hao Fong
Zhengtao Zhu
Jie Liu
Jieying Liang
Xiaoxu Wang
Publikationsdatum
30.05.2019
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science / Ausgabe 17/2019
Print ISSN: 0022-2461
Elektronische ISSN: 1573-4803
DOI
https://doi.org/10.1007/s10853-019-03698-z

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