DOI: 10.1016/j.cej.2021.133968

可充电镁金属电池作为当前锂离子电池的潜在替代品受到越来越多的关注。目前大多数相关的研究主要集中在探索相容的电解质和正极材料上，但对于开发高效负极主体的关注相对较少。在此，作者提出了一种独特的负极主体（Au@PCNF），其具有多孔中空碳纳米纤维结构，内部含有金纳米颗粒。该负极主体是由双喷嘴静电纺丝技术制备而成的，多孔网体配置有中空碳纳米纤维分层网络，内部专门设计了用于嵌入金纳米粒子的单根纤维。研究证实Au纳米粒子可以作为镁镀层的亲镁位点，中空纳米纤维内修饰有亲镁晶种，以有效吸引新沉积的镁金属。Au@PCNF的独特特性不仅降低了Mg镀层的成核过电位，而且还引导了Mg金属在基体上的均匀沉积。与其他对照相比，Au@PCNF表现出稳定的长期循环性能，对新沉积的Mg金属具有增强的粘附性能。这种新颖的结构设计有利于开发出高效的镁金属电池负极主体，为多价离子电池的实际应用开辟了一条新的途径。

图1.（a）Au@PCNF合成示意图。（b,c）碳化后电纺Au@PCNF的SEM图像。（d,e）Au@PCNF的TEM图像和（f）相应的EDS元素映射。

图2.Mg在各种基材上沉积的成核极化：（a）Cu，（b）PCNF和（c）Au@PCNF，电流密度为0.2mA/cm2。（d-f）当电流密度为0.2mA/cm2时，镀Mg至5mAh/cm2后电池中的各种基材（左图：（d）Cu，（e）PCNF和（f）Au@PCNF）和（右图）隔膜的照片。（g）Au图案化Cu基板的照片以及（h）Mg沉积后的SEM图像和EDS映射。（i）示意图显示了镀镁期间Au@PCNF中的Mg沉积行为。

图3.在每种基板上以0.2mA/cm2的电流密度将Mg沉积至5mAh/cm2后的SEM图像：（a）Cu，（b）PCNF和（c）Au@PCNF。（b-c）中显示的（d）PCNF和（e）Au@PCNF基板的横截面SEM图像和相应的EDS映射。

图4.使用（a）Cu、（b）PCNF和（c）Au@PCNF基板的半电池中镀镁/剥离行为的电压曲线，电流密度为0.5mA/cm2，有限容量为0.5mAh/cm2；（d）循环期间的CEs。（e）50次循环的电压-时间曲线，电流密度为1mA/cm2，有限容量为1mAh/cm2。（f）0至2.5h电压-时间曲线的扩展视图。（g）第10次和第30次循环的CEs以及（h）电压滞后间隙。