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港科大AEM：木質素衍生高親鈉、富含缺陷的碳納米纖維基體

具有優越親鈉性和低成核勢壘的三維主體結構有助于對抗鈉金屬負極的復雜失效模式，這些失效模式源于加速的枝晶形成、負極腐蝕和電解液耗盡。

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

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圖1. 納米纖維形態演變的示意圖

這種缺陷豐富、層次分明的多孔結構極大地改變了含碳主體的潤濕性，使其從疏鈉型轉變為超親鈉型，從而可以方便地制備SCNF@Na復合負極。富含缺陷的負極表面賦予了該結構多功能性，通過實現均勻和緊湊的Na成核和沉積以及催化形成有彈性的富氟SEI層，促進了優異的電化學可逆性并減少了電解液分解。同時，具有充足孔隙體積的負極表面能夠容納大容量的鈉。

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圖2. 不對稱和對稱電池性能

這些改進特性使SCNF@Na復合負極在不對稱和對稱電池中保持高庫侖效率(CE)和電化學可逆性。此外，通過將SCNF@Na負極與Na₃V₂(PO₄)₂F₃正極匹配制備的全電池在1C下經過350次循環后具有106 mAh g^-1的出色容量保持，平均CE為99.2%，并且在4C下循環200次后為103 mAh g^-1。這種源自生物聚合物的合理設計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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