杨会颖/孙灵娜AEM：电纺技术结合热处理实现锌离子电池3万次循环！

水系锌离子电池（ZIBs）循环稳定性和能量密度不足的问题可以通过控制正极溶解和结构恶化以及改善电子传导性和反应动力学来部分解决。

新加坡科技设计大学杨会颖、深圳大学孙灵娜等通过电纺技术和热处理，开发了具有三维自支撑骨架和分级结构的氮化钒嵌入氮掺杂碳纳米纤维（VN/N-CNFs）复合材料。

图1 材料制备及表征

令人惊讶的是，在热处理过程中，主干碳纳米纤维已经分级生长出许多晶须状的次级纳米结构，并且原位获得的VN纳米晶粒已经均匀地分布在主干纳米纤维和分支纳米晶须中。

钒基金属有机框架（V-MOFs）实现了活性VN纳米结构在电纺纳米纤维编织的碳框架中的原位均匀分布，这不仅防止了0D活性纳米颗粒的自我聚集，而且还提供了保护性和导电性的封装物，以控制与水系电解液的直接接触。电纺纳米纤维编织的碳框架还创造了一个柔性和自支撑的三维骨架，以保持结构的完整性，此外，通过分级支化纳米结构，可以有效缓解结构退化和体积变化。

图2 自支撑VN/N-CNF正极的电化学性能

因此，这种设计策略有助于实现水基ZIBs的超长循环寿命和超高的倍率能力。进一步结合原位电化学激活和转化过程，ZIBs在0.5A g^-1时可获得高达734 mAh g^-1的可逆容量。

此外，VN/N-CNFs正极在50A g^-1时循环30000次后表现出482 mAh g^-1的稳定容量，甚至在100A g^-1的超高倍率下也能提供297 mAh g^-1的放电容量。这项工作提出了对具有高容量和能量/功率密度的超快和超长循环寿命水系电池的电极设计的见解。

图3 自支撑VN/N-CNF正极的电化学动力学分析

In Situ Grown Hierarchical Electrospun Nanofiber Skeletons with Embedded Vanadium Nitride Nanograins for Ultra-Fast and Super-Long Cycle Life Aqueous Zn-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202826

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