DOI:10.1016/j.carbon.2020.12.016
具有高理論容量的過渡金屬氧化物（TMOs）是鈉離子電池（SIBs）的理想負極候選材料，但由于在嵌鈉/脫鈉過程中體積變化大且傳輸動力學緩慢，從而導致其循環穩定性和倍率性能較差。在此，研究者開發了一種通用策略來制備氮摻雜碳納米纖維包裹超細TMOs納米粒子（uf-TMOs@N-CNFs，M=Fe，Mn，Zn等），作為SIBs的高性能負極。通過原位靜電紡絲和隨后的碳化策略可以輕松合成uf-TMOs@N-CNFs，其中聚乙烯吡咯烷酮（PVP）被用作抑制金屬團聚和控制TMOs尺寸的有效分散劑。得益于超細TMOs和導電N-CNFs基材之間的緊密相互作用，uf-TMOs@N-CNFs可以有效減輕TMOs的聚集和粉碎，促進電子/離子轉移，并增強偽電容電荷存儲，從而帶來優異的鈉存儲性能，包括令人滿意的可逆容量、出色的倍率性能和持久的循環穩定性。有趣的是，所制備的uf-TMOs@N-CNFs膜還具有出色的柔性，有望用作柔性SIBs的自支撐柔性電極。綜上所述，本工作提供了一種通用且可行的方法來構建用于儲能裝置的堅固且具備柔性的電極。
圖1.（a）uf-TMOs@N-CNFs和TMOs@N-CNFs的合成過程示意圖。（b）PVP輔助合成的碳納米纖維包裹超細TMOs納米粒子的示意圖。
圖2.（a-c）uf-Fe3O4@N-CNFs和（d）Fe3O4@N-CNFs的TEM圖像。（e）uf-Fe3O4@N-CNFs的暗場TEM圖像以及（f）C、N、O和Fe元素的對應EDX元素映射。
圖3.（a）uf-ZnO@N-CNFs，（b）uf-MnO@N-CNFs，（c）ZnO@N-CNFs和（d）MnO@N-CNFs的TEM圖像。
圖4.（a）uf-Fe3O4@N-CNFs和Fe3O4@N-CNFs的XRD圖譜。（b）uf-Fe3O4@N-CNFs的TGA曲線。
圖5.（a）uf-Fe3O4@N-CNFs的XPS全掃描，（b）Fe2p，（c）O1s和（d）C1s光譜。
圖6.（a）uf-Fe3O4@N-CNFs在0.2 mV s-1下的CV曲線。（b）uf-Fe3O4@N-CNFs在0.1 A g-1下的循環性能。（c）uf-Fe3O4@N-CNFs和Fe3O4@N-CNFs在1.0 A g-1下的循環性能。（d）uf-Fe3O4@N-CNFs和Fe3O4@N-CNFs在0.05、0.1、0.3、0.5、1.0、2.0、3.0和5.0 A g-1下的平均容量比較。
圖7.（a）uf-Fe3O4@N-CNFs在不同電流密度下的倍率性能。（b）uf-Fe3O4@N-CNFs在5.0 A g-1的高電流密度下的長期循環曲線。（c）某些電化學循環后uf-Fe3O4@N-CNFs的奈奎斯特阻抗圖。（d）uf-Fe3O4@N-CNFs在1 A g-1下循環1000次后的TEM圖像。（e）uf-Fe3O4@N-CNFs膜的側視圖。（f）帶有可選彎曲度的柔性SIBs的照片。
圖8.uf-Fe3O4@N-CNFs負極Na+儲存行為的動力學和定量分析：（a）不同掃描速率下的CV曲線。（b）對數峰值電流與對數掃描速率的關系圖。（c）在1.0 mV s-1下分離電容（粉紅色區域）和擴散控制（淺藍色區域）貢獻。（d）不同掃描速率下的偽電容貢獻率。
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