张宝亮/张秋禹Small：夹层结构纳米纤维，助力钠电1万次循环！

构建分级微/纳米结构作为钠离子电池的负极是开发高效储能装置的重要方法。

西北工业大学张宝亮、张秋禹等通过多步反应策略，以中空碳纤维为基材、MoS₂为中间层、锚定在碳骨架中的Co和/或ZnS纳米粒子为外壳，制备了夹层结构分级纳米纤维（碳纳米纤维/MoS₂/Co-ZnS⊂NC）。

图1 CNF/MoS₂/Co-ZnS分级纳米纤维的制备过程示意图

这种结构的优越优点如下：

1）中空碳纳米纤维有利于电解液的渗透，碳壳可以缓冲过渡金属硫化物（TMS）的体积膨胀，并抑制在电解液中的溶解，从而保证了较大的循环容量；

2）分级结构中丰富的Na⁺扩散通道保证了载流子的快速扩散，最大限度地提高了活性材料的利用率；

3）异质结构的构建促进了界面反应动力学和载流子的扩散。

图2 半电池性能

研究显示，分层纳米纤维以5.0 A g^-1循环3000次后可提供352.3 mAh g^-1的高可逆容量，即使在10.0 A g^-1下循环10000次后仍保持182.5 mAh g^-1的放电容量，此外还在30 A g^-1时表现出高达202.0 mAh g^-1的高倍率容量。与Na₃V₂(PO₄)₃正极组装的全电池在1.0 A g^-1下循环500次也可提供179.2 mAh g^-1的高容量。出色的全电池性能表明分级纳米纤维具有巨大的应用潜力。

图3 全电池性能

The Multicomponent Synergistic Effect of Sandwich Structure Hierarchical Nanofibers for Enhanced Sodium Storage. Small 2022. DOI: 10.1002/smll.202107370

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