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具有快速電子/離子傳輸、長時間循環穩定性、高容量和優異倍率性能的纖維硫系正極材料的最新進展為下一代高性能鈉離子存儲技術帶來了新的機遇。

電子科技大學王志明、澳大利亞臥龍崗大學竇士學等重點介紹了用于高級原型鈉硫電池的纖維正極材料的最新關鍵進展，包括Na-S電池、Na-Se電池、Na-Se_xS_y電池和Na-Te電池。

首先，詳細描述了纖維材料在組成、結構和性能方面的基本優勢，以概括對它們的認識。接下來，定性地總結了纖維硫系正極材料的制備技術，重點討論了纖維基材。然后，從纖維正極材料的合理合成、結構設計與優化、基本性能和電化學性能等方面對纖維正極材料在鈉硫系電池中的應用進行了全面的討論。最后，對先進鈉硫系電池纖維正極材料的未來發展進行了簡要總結和展望，旨在提供有用的指導。

作者指出鈉硫系電池中纖維正極材料未來發展的幾個重要方面：

（1）對于纖維基體，納米多孔結構設計需要合理化。目前，納米孔的創建旨在為硫族元素提供可用的容納空間，并限制其中間產物在（脫）鈉過程中的擴散。在這方面，應生成更多的納米空隙，以充分封裝更多活性材料。同時，納米孔隙的存在可以使活性材料與電解液離子有更充分的接觸，從而產生更好的比容量。然而，過多的納米孔容易導致整個電池的體積能量密度降低，因為這些孔容易被電解液填充，從而降低整個電極材料的振實密度，并加速活性材料的不可逆損失。

圖1 碳納米管衍生的纖維基材

（2）纖維材料需要擴展到鈉金屬負極。纖維材料的主要功能優勢之一是能夠實現柔性電池裝置。到目前為止，在鈉硫系電池中，纖維材料構成的柔性電池的研究主要集中在硫系正極上，而關于纖維鈉金屬負極的報道很少。柔性和可折疊電池需要自支撐正極和負極材料作為其構件。在未來幾年中，應更多地關注纖維狀鈉金屬負極的合理結構以及功能化設計策略，尤其是穩定和堅固的鈉金屬對電子/離子導電性、機械柔性、均勻分布的成核位置、安全考慮、壓力緩沖能力等。

圖2 源自電紡納米纖維的各種納米結構

（3）應進一步探索鈉硫系化學的共識。雖然纖維材料的采用極大地推動了鈉硫系電池性能的提高，但對其固有能量化學，包括電化學原理、反應動力學、固體離子擴散和界面問題等，還沒有相對全面的了解。在這些鈉硫系化學中，迫切需要建立一些共識。因此，應采用一些有用的表征方法和技術，包括非原位/原位XRD、Raman、TEM、XPS、GITT和密度泛函理論等，并適當結合以幫助揭示內在機理。

圖3 纖維素衍生的纖維材料

（4）需要對纖維材料進行大規模生產和評估，以擴大應用范圍。材料科學與工程的最終發展目標應該是為實際應用創造實用價值。因此，鑒于纖維材料的優越性能和硫族元素電極的高性能，應開發先進的制造技術，大規模、低成本地生產纖維硫族元素基材料，以促進隨后電池裝置的商業化。

同時，這些材料在實用條件下的整體性能也必須在工業電池水平上進行評估，如軟包電池，而不是目前實驗室水平的紐扣電池。在這種情況下，可以理清電極材料規模化生產中存在的一些問題，研究人員可以相應地尋求高效的方法來解決這些問題，從而促進電極材料的逐步工業化。此外，還應確定一些標準參數，如工作溫度、電壓窗口、能量密度、電解液/硫系比、面積負載量等。

Fibrous cathode materials for advanced sodium-chalcogen batteries. Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.11.045

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王志明/竇士學EnSM：用于先進鈉硫系電池的纖維正極材料

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