港科大AEM：木质素衍生高亲钠、富含缺陷的碳纳米纤维基体

2023年10月15日下午3:48 • 顶刊解读

具有优越亲钠性和低成核势垒的三维主体结构有助于对抗钠金属负极的复杂失效模式，这些失效模式源于加速的枝晶形成、负极腐蚀和电解液耗尽。

香港科技大学Jang-Kyo Kim等采用低成本、可再生的木质素生物聚合物的静电纺丝，制备了一种独特的超亲钠、富含缺陷和分级多孔骨架碳纳米纤维(SCNF)材料，以作为高度稳定钠金属电池（SMB）的主体。

港科大AEM：木质素衍生高亲钠、富含缺陷的碳纳米纤维基体

图1. 纳米纤维形态演变的示意图

这种缺陷丰富、层次分明的多孔结构极大地改变了含碳主体的润湿性，使其从疏钠型转变为超亲钠型，从而可以方便地制备SCNF@Na复合负极。富含缺陷的负极表面赋予了该结构多功能性，通过实现均匀和紧凑的Na成核和沉积以及催化形成有弹性的富氟SEI层，促进了优异的电化学可逆性并减少了电解液分解。同时，具有充足孔隙体积的负极表面能够容纳大容量的钠。

港科大AEM：木质素衍生高亲钠、富含缺陷的碳纳米纤维基体

图2. 不对称和对称电池性能

这些改进特性使SCNF@Na复合负极在不对称和对称电池中保持高库仑效率(CE)和电化学可逆性。此外，通过将SCNF@Na负极与Na₃V₂(PO₄)₂F₃正极匹配制备的全电池在1C下经过350次循环后具有106 mAh g^-1的出色容量保持，平均CE为99.2%，并且在4C下循环200次后为103 mAh g^-1。这种源自生物聚合物的合理设计碳主体为安全和低成本的金属电池开辟了一条新途径。

港科大AEM：木质素衍生高亲钠、富含缺陷的碳纳米纤维基体

图3. 理论计算和全电池性能

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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