中空結構納米纖維助力實現高性能柔性儲能

導語

中空纖維具有質輕、內部空間大的優點，不僅可以有效緩解電池充放電過程中的體積膨脹、增強結構穩定性，而且可以顯著縮短離子/電子傳輸路徑。因此，在高性能柔性儲能裝置方面顯示出巨大潛力。本文梳理了近期靜電紡中空納米纖維在能源電池的最新研究進展，供大家了解學習。

1.  樓雄文教授/于樂教授Sci. Adv.：基于錫納米顆粒原位修飾的氮摻雜碳多級中空纖維載體

?新加坡南洋理工大學樓雄文教授和北京化工大學于樂教授設計制備了錫納米顆粒原位修飾的氮摻雜空心碳球連接而成的三維復合纖維網絡（Sn@NHCF）作為鋅金屬負極的載體。

?由空心碳球交聯而成的三維導電框架可以降低局部電流密度，從而實現均勻的電場分布。

?分級中空纖維結構提供了足夠的內部空間，不僅可以有效降低沉積/剝離過程中的結構應力、緩解體積膨脹、增強結構穩定性，而且可以為鋅金屬的沉積提供充足空間。

?Sn@NHCF-Zn電極在對稱電池和全電池中表現出優異的可逆性和良好的循環穩定性。

DOI:DOI: 10.1126/sciadv.abm5766

2.  北京化工大學于樂教授/邱介山教授Small：鈦酸鎂分級空心球嵌入碳納米纖維用于增強鈉儲存

?通過多個步驟及方法制備了一種層間距可拓展的鈦酸鎂/碳基多級中空纖維材料（MTO@C）用作鈉離子混合電容器負極，克服了層狀鈦酸鹽基負極材料導電性差及鈉離子擴散動力學緩慢的缺點。

?自模板法將SiO2@TiO2轉化為多級中空層狀鈦酸鹽結構，極大緩解了鈦酸鹽在充放電過程中的體積膨脹。大半徑鎂離子的預嵌入，完全置換了鈦酸鹽層間的鉀離子，有效擴展了鈦酸鹽層間距，改善了鈉離子的傳輸性質。

?由聚丙烯腈衍生而來的三維交聯碳骨架結構有效提升復合材料整體導電性，加快了材料電化學儲能反應速率。

?在1 A g^-1的電流密度下可逆容量為136.6 mAh g^-1，循環2000圈容量保持率為98.3%。

DOI: 10.1002/smll.202107890

3. 哈爾濱師范大學鄧超教授Energy Storage Mater.：靜電紡新型自支撐中空纖維

?采用靜電紡絲-模板法，聚乙烯吡咯烷酮和醋酸鎳混合溶液用作合成殼的前驅體，而聚甲基丙烯酸甲酯溶液用作合成核的前驅體，然后同軸靜電紡絲技術制備得到前驅體薄膜。

?在熱處理過程中，前驅體核中的聚甲基丙烯酸甲酯開始分解，其次是殼內聚乙烯吡咯烷酮碳化，最終形成中空結構。

?將鎳簇刻蝕掉并獲得擁有邊緣單原子位點的碳納米管。Ni/N-ESC中空纖維具有快速反應動力學、高活性、良好的耐久性和高效的電化學反應活性。

DOI: 10.1016/j.ensm.2022.02.021

4. 濟南大學原長洲教授Chem. Eng. J.：堿金屬離子電池通用型中空Ti3C2Tx亞微米管負極

?通過靜電紡絲工藝設計得到Ti₃C₂Tx亞微米管（Ti₃C₂Tx-SMT）結構，探究了其形成機理，并全面揭示了堿金屬離子在Ti₃C₂Tx-SMT中的快速存儲過程。

?以PMMA/PVP混紡纖維作為自犧牲模板，Ti₃C₂Tx懸浮液作為水浴接收溶液，制備得到Ti3C2Tx-SMT結構。通過這種方式，有效地解決了單層Ti₃C₂Tx納米片（Ti₃C₂Tx NSs）在干燥及使用過程中的嚴重堆積問題。

?得益于Ti₃C₂Tx-SMT超薄管壁結構、顯著增大的層間距、暴露豐富的活性位點、顯著縮短的離子/電子傳輸路徑等優越的結構優勢。

DOI: 10.1016/j.cej.2022.134506

5. 東華大學俞建勇院士/劉麗芳教授Chem. Eng. J.：基于碳納米管橋接的中空多孔碳納米纖維用于超級電容器

?本研究設計并構建了由碳納米管(HPCNFs@CNTs)橋接的柔性中空分層多孔碳納米纖維，然后用聚苯胺(PANI)裝飾制備PANI@HPCNFs@CNTs。

?空心結構、分層多孔、原位氮摻雜和橋接結構的協同作用使HPCNFs@CNTs具有461.0 F g^-1 (207.4 mF cm^-2)的比電容，同時在各種變形狀態下保持了良好的彈性。

?PANI@HPCNFs@CNTs具有較高的比電容629.1 F g^-1 (405.2 mF cm^-2)和良好的循環穩定性，在5000次充放電循環后電容保持率為88.5%。

?此外，該裝置具有良好的循環穩定性和高倍率性能，在構建高性能柔性儲能裝置方面顯示出巨大潛力。

DOI: 10.1016/j.cej.2022.134662