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構建分級微/納米結構作為鈉離子電池的負極是開發高效儲能裝置的重要方法。

西北工業大學張寶亮、張秋禹等通過多步反應策略，以中空碳纖維為基材、MoS₂為中間層、錨定在碳骨架中的Co和/或ZnS納米粒子為外殼，制備了夾層結構分級納米纖維（碳納米纖維/MoS₂/Co-ZnS?NC）。

圖1 CNF/MoS₂/Co-ZnS分級納米纖維的制備過程示意圖

這種結構的優越優點如下：

1）中空碳納米纖維有利于電解液的滲透，碳殼可以緩沖過渡金屬硫化物（TMS）的體積膨脹，并抑制在電解液中的溶解，從而保證了較大的循環容量；

2）分級結構中豐富的Na⁺擴散通道保證了載流子的快速擴散，最大限度地提高了活性材料的利用率；

3）異質結構的構建促進了界面反應動力學和載流子的擴散。

圖2 半電池性能

研究顯示，分層納米纖維以5.0 A g^-1循環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下循環10000次后仍保持182.5 mAh g^-1的放電容量，此外還在30 A g^-1時表現出高達202.0 mAh g^-1的高倍率容量。與Na₃V₂(PO₄)₃正極組裝的全電池在1.0 A g^-1下循環500次也可提供179.2 mAh g^-1的高容量。出色的全電池性能表明分級納米纖維具有巨大的應用潛力。

圖3 全電池性能

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

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張寶亮/張秋禹Small：夾層結構納米纖維，助力鈉電1萬次循環！

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