DOI:10.1038/s41467-019-10305-x
作為可替代碳質負極的替代材料，合金最近在可充電電池界引起了廣泛關注。然而，這些材料的實際使用仍然面臨挑戰。在本文中，作者陳述了通過靜電紡絲和隨后的煅燒步驟合成鍺鋅合金納米纖維。通過原位透射電子顯微鏡和電化學阻抗譜表征證明，這種一維設計具有獨特的結構。鍺和鋅原子均分布，從而具有出色的電子導電性和鋰存儲的高可用容量。所制備的材料具有較高的倍率能力（20 C時的容量約為0.2％時的容量的50％）和循環保持率（3.0 C時的73％），即使在1000次循環之后，仍具有546 mAh g-1的保持能力。當組裝在一個完整的電池中時，可以在400個循環中保持高能量密度，這表明當前的材料具有在大規模能量存儲系統中使用的潛力。
圖1形態結構演變。 a整個合成過程的示意圖。插入的TEM圖像對應于O-iGZNF和O-dGZNF。 b初生NFs的SEM圖像。 c O-iGZNFs和d O-dGZNFs的HR-TEM圖像和SAED模式。 O-dGZNFs的HAADF-STEM映射：紅碳，橙氮，黃氧，青鍺和綠鋅。比例尺：a 500 nm，b 10μm，c，d 5 nm和51 / nm以及e 50 nm
圖2合成的結構分析。a O-dGNF和O-dGZNF的拉曼光譜。b Zn 2p和c Ge 3d中O-iGZNFs和O-dGZNFs的核心級XPS光譜。 d O-dGNF和e O-dGZNF系列的EXAFS光譜。純鍺用作參考樣品。f O-dGNF和O-dGZNFs的直徑變化和Ge損失
圖3 O-dGNF和O-dGZNF電極的電化學性能。a O-dGNFs和b O-dGZNFs在特定循環中的差分容量。c第一個循環（粗線）和第50個循環（虛線）的放電/充電曲線。d在0.2和2.0 C速率下保持充電容量。e原始電極和50個循環電極在不同掃描速率下的法拉第電流比較。 f由Randles–Sevcik方程（公式（2））計算得出的掃描速率平方與峰值電流的關系圖
圖4 O-dGNF和O-dGZNF在各種狀態下的物理分析。a，b在部分蝕刻以去除Zn 2p中的SEI層后，原始電極和O-dGZNFs-50th電極的核心級XPS光譜。 c O-dGNF和d O-dGZNFs在不同狀態下的EXAFS光譜
圖5 O-dGNF和O-dGZNF的原位表征。用O-dGZNF樣品進行原位TEM觀察。時間分辨的TEM圖像實時顯示 a鋰的插入和 e鋰萃取。f-j每個SAED模式對應于上面的TEM圖像。k-m放大的TEM圖像處于疲勞狀態。n鋰化/脫鋰時直徑變化與時間的關系曲線。o在鋰化過程中在三個點分別標記為狀態i，ii和iii并分別對應于f，g和i的O-dGNF和O-dGZNFs的原位電導率測量。p在O-dGNF和O-dGZNFs的1.0 C速率鋰化過程中進行原位EIS恒電流測量。比例尺：a 200 nm和f 5 1 / nm
圖6半電池和滿電池的速率能力和長期循環穩定性。a O-dGNF和O-dGZNF的速率能力。b O-dGZNF在3.0 C速率下的循環性能。 c在1.0 C速率下用LCO組裝的完整電池的電化學性能。插圖顯示關閉電路之前和之后充滿電的O-dGZNFs / LCO全電池
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