Nature子刊：导电碳纳米纤维穿透石墨烯结构改善钠离子电池性能

由于钠储量丰富性和易得性，钠离子电池(SIBs)作为下一代能源存储系统中最有前途的候选产品之一，引起了人们极大的兴趣。然而，与锂离子(0.59 A)相比，钠离子(Na⁺)更大的直径(0.99 A)导致其离子传输速度较慢从而影响了其充电速度，而在进行相关反应的时侯，很容易造成电极材料的破坏，因此其循环寿命较短。长周期的稳定性和大电流性能一直是钠离子电池面临的主要挑战。具有机械坚固性、化学稳定性、良好导电性网络的层状电活性材料可以有效地解决这些问题。

近日，格里菲斯大学Shanqing Zhang，江南大学Tianxi Liu和江苏师范大学成Chao Lai等首先通过静电纺PAA获得碳纳米纤维，然后将碳纳米纤维垂直穿透石墨烯薄片，构建出了碳纳米纤维相互穿透的石墨烯材料。然后原位生长二硫化钼纳米薄片，生成了二硫化钼@碳纳米纤维相互穿透的石墨烯结构（MoS₂@CNFIG）。MoS₂@CNFIG由于其独特的结构特点，具有几个重要的优势：(i)在电解质的快速渗透和离子的快速转移过程中，良好的运输通道可以被完整地保存下来，以实现长周期的循环；大大提高了组装电池的高倍率性能。(ii)CNFs可以同时作为不同碳层之间的支撑柱，在电子的快速转移中发挥重要作用。(iii)由于二硫化钼纳米片沉积均匀，所有的活性位点都可以完全暴露在电解质和Na⁺中，从而为MoS₂@CNFIG杂化体提供了较高的能量密度。因此，基于上述结构制备的钠离子电池具有优异的电化学性能和超高的稳定性，比容量达到598 mAh g⁻¹，长期循环稳定性可达1000次，即使在10 A g⁻¹高电流密度下，也具有优异的大电流性能。相关研究成果以“Conductive carbon nanofiber interpenetrated graphene architecture for ultra-stable sodium ion battery”为题目发表于期刊《Nature Communications》上。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-11925-z

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