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港科大AEM：木質(zhì)素衍生高親鈉、富含缺陷的碳納米纖維基體

具有優(yōu)越親鈉性和低成核勢(shì)壘的三維主體結(jié)構(gòu)有助于對(duì)抗鈉金屬負(fù)極的復(fù)雜失效模式，這些失效模式源于加速的枝晶形成、負(fù)極腐蝕和電解液耗盡。

香港科技大學(xué)Jang-Kyo Kim等采用低成本、可再生的木質(zhì)素生物聚合物的靜電紡絲，制備了一種獨(dú)特的超親鈉、富含缺陷和分級(jí)多孔骨架碳納米纖維(SCNF)材料，以作為高度穩(wěn)定鈉金屬電池（SMB）的主體。

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圖1. 納米纖維形態(tài)演變的示意圖

這種缺陷豐富、層次分明的多孔結(jié)構(gòu)極大地改變了含碳主體的潤(rùn)濕性，使其從疏鈉型轉(zhuǎn)變?yōu)槌H鈉型，從而可以方便地制備SCNF@Na復(fù)合負(fù)極。富含缺陷的負(fù)極表面賦予了該結(jié)構(gòu)多功能性，通過實(shí)現(xiàn)均勻和緊湊的Na成核和沉積以及催化形成有彈性的富氟SEI層，促進(jìn)了優(yōu)異的電化學(xué)可逆性并減少了電解液分解。同時(shí)，具有充足孔隙體積的負(fù)極表面能夠容納大容量的鈉。

港科大AEM：木質(zhì)素衍生高親鈉、富含缺陷的碳納米纖維基體

圖2. 不對(duì)稱和對(duì)稱電池性能

這些改進(jìn)特性使SCNF@Na復(fù)合負(fù)極在不對(duì)稱和對(duì)稱電池中保持高庫侖效率(CE)和電化學(xué)可逆性。此外，通過將SCNF@Na負(fù)極與Na₃V₂(PO₄)₂F₃正極匹配制備的全電池在1C下經(jīng)過350次循環(huán)后具有106 mAh g^-1的出色容量保持，平均CE為99.2%，并且在4C下循環(huán)200次后為103 mAh g^-1。這種源自生物聚合物的合理設(shè)計(jì)碳主體為安全和低成本的金屬電池開辟了一條新途徑。

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圖3. 理論計(jì)算和全電池性能

Highly Sodiophilic, Defect-Rich, Lignin-Derived Skeletal Carbon Nanofiber Host for Sodium Metal Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202103904

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