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?楊會穎/孫靈娜AEM：電紡技術(shù)結(jié)合熱處理實現(xiàn)鋅離子電池3萬次循環(huán)！

水系鋅離子電池（ZIBs）循環(huán)穩(wěn)定性和能量密度不足的問題可以通過控制正極溶解和結(jié)構(gòu)惡化以及改善電子傳導(dǎo)性和反應(yīng)動力學(xué)來部分解決。

新加坡科技設(shè)計大學(xué)楊會穎、深圳大學(xué)孫靈娜等通過電紡技術(shù)和熱處理，開發(fā)了具有三維自支撐骨架和分級結(jié)構(gòu)的氮化釩嵌入氮摻雜碳納米纖維（VN/N-CNFs）復(fù)合材料。

圖1 材料制備及表征

令人驚訝的是，在熱處理過程中，主干碳納米纖維已經(jīng)分級生長出許多晶須狀的次級納米結(jié)構(gòu)，并且原位獲得的VN納米晶粒已經(jīng)均勻地分布在主干納米纖維和分支納米晶須中。

釩基金屬有機框架（V-MOFs）實現(xiàn)了活性VN納米結(jié)構(gòu)在電紡納米纖維編織的碳框架中的原位均勻分布，這不僅防止了0D活性納米顆粒的自我聚集，而且還提供了保護性和導(dǎo)電性的封裝物，以控制與水系電解液的直接接觸。電紡納米纖維編織的碳框架還創(chuàng)造了一個柔性和自支撐的三維骨架，以保持結(jié)構(gòu)的完整性，此外，通過分級支化納米結(jié)構(gòu)，可以有效緩解結(jié)構(gòu)退化和體積變化。

圖2 自支撐VN/N-CNF正極的電化學(xué)性能

因此，這種設(shè)計策略有助于實現(xiàn)水基ZIBs的超長循環(huán)壽命和超高的倍率能力。進一步結(jié)合原位電化學(xué)激活和轉(zhuǎn)化過程，ZIBs在0.5A g^-1時可獲得高達734 mAh g^-1的可逆容量。

此外，VN/N-CNFs正極在50A g^-1時循環(huán)30000次后表現(xiàn)出482 mAh g^-1的穩(wěn)定容量，甚至在100A g^-1的超高倍率下也能提供297 mAh g^-1的放電容量。這項工作提出了對具有高容量和能量/功率密度的超快和超長循環(huán)壽命水系電池的電極設(shè)計的見解。

圖3 自支撐VN/N-CNF正極的電化學(xué)動力學(xué)分析

In Situ Grown Hierarchical Electrospun Nanofiber Skeletons with Embedded Vanadium Nitride Nanograins for Ultra-Fast and Super-Long Cycle Life Aqueous Zn-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202826

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