纳米级Nafion-Li膜

离子电导率高两个数量级

通过精确控制溶液铺展与蒸发制备的均匀纳米级离子选择性膜，厚度仅200纳米，实现了远高于商用Nafion-117的锂离子电导率。

Bian, Tengfei · 王晓兵 · Zhang, Qi · Zhu, Xuebing · 焦俊荣 · Hou, Zhichao · Han, Qing · 郭志杰 · 闻利平 · 江雷 · 赵勇

Nano Letters 2024

参数信息

Nafion-Li膜厚度

200 nm

锂离子电导率提升倍数

2 orders of magnitude

硫载量

12 mg cm⁻²

电解液/硫比

7 μL mg⁻¹

面积容量

8-10 mAh cm⁻²

稳定循环圈数

150 cycles

技术优势

厚度可缩至200纳米

采用阵列毛细管控制溶液铺展，结合蒸发过程中粘度的快速升高抑制Marangoni流和毛细流，获得均匀的纳米级Nafion-Li膜。

电导率高两个数量级

锂离子电导率比商用Nafion-117膜高两个数量级，显著降低了隔膜电阻。

高载量锂硫电池稳定循环

在12 mg cm⁻²的高硫载量和约7的贫电解液条件下，以8-10 mAh cm⁻²容量稳定循环150圈。

应用场景

• 锂硫电池隔膜：作为锂硫电池隔膜，阻挡多硫化物穿梭并允许锂离子快速通过，提升高载量下的循环稳定性。
• 高性能电池隔膜：以200纳米超薄膜实现高离子电导，降低电池内阻，适用于需要高功率密度的电池体系。
• 离子传感器：纳米级均匀厚度和选择性传递特性有利于构筑高灵敏、快速响应的离子传感器。
• 燃料电池质子交换膜：Nafion基质的质子传导能力结合超薄结构，有望降低燃料电池质子交换膜的欧姆极化。