DOI: 10.1016/j.jpowsour.2022.231885

非质子电解液中钠（Na）沉积物的渐进反应性阻碍了钠金属负极（SMA）的实际开发，尤其是在能量密集型电池模型中，这会导致动态界面特性、钠阳离子耗尽和寄生基质粉碎。在本工作中，研究者采用同轴静电纺丝技术制备了一种机械柔性、轻质（1.0mg/cm2）SMA支架，对其空间排列和Na亲和力进行了巧妙设计，其中碳热还原的Sn纳米晶体均匀铆接在中空碳纳米纤维内（Sn@HCNF）。随后，毛细管效应诱导熔融钠以预设量注入中空纤维，从而形成Na15Sn4合金，并简化了预钠化过程。在含预注入Na-Sn@HCNF负极（0.5*Na过量）与NaVPO4F正极（约8.6mg/cm2）的概念验证全电池模型（2mAh）中，于1245.76W/kg的最大功率输出（根据电活性材料计算得出）下可实现311.44Wh/kg的重量能量密度，以及在各种几何弯曲状态下的稳健循环（300次循环的相应值为89.6%）。这种毛细管驱动策略提供了一种可扩展、直接且特定的预钠化方法，支持机械柔性金属电池的简单原型设计。

图1.毛细力诱导Na注入SCNF、HCNF和Sn@HCNF结构的示意图。

图2.（a）Sn@HCNF的同轴静电纺丝合成示意图。（b）Sn@HCNF复合膜的SEM图像。插图：HCNF放大的中空结构。（c）Sn@HCNF薄膜的横截面SEM图像。（d）不同放大倍率下Sn@HCNF薄膜的TEM图像。插图：代表性中空纤维的内径和外径。（e）在低和高（插图）放大倍率下断裂纤维边缘的HRTEM图像。（f）单根Sn@HCNF纤维的HAADF-STEM和相应的EDS映射。（g）Sn@HCNF中Sn、N和C信号的原子百分比的线扫描。

图3.（a）Sn@HCNF电池在1mA/cm2下的恒电流钠电镀/剥离循环和电压曲线。（b）在0.01V下合金化，钠电镀（c）1mAh/cm2和（d）4mAh/cm2，以及（e）在1mA/cm2下完全剥离后Sn@HCNF薄膜的俯视SEM图像，（f）电镀4mAh/cm2以及（g）剥离后Sn@HCNF薄膜的横截面SEM图像。插图显示了Sn@HCNF薄膜的相应放大图。

图4.（a）对称电池中Na电镀/剥离的电压曲线，（b）第5、200和1000次循环中Na电镀/剥离的放大电压曲线，以及（c）在1mA/cm2下Na电镀/剥离1mAh/cm2的CE；（d）对称电池中Na电镀/剥离的电压曲线，（e）第5、100和300次循环中Na电镀/剥离的放大电压曲线，以及（f）在1mA/cm2下Na电镀/剥离4mAh/cm2的CE。（g）Sn@HCNF在0.5-4mA/cm2不同电流密度下的电压分布。（h）Sn@HCNF在1mA/cm2下的电压-容量曲线，总容量为4mAh/cm2。（i）在SCNF、HCNF和Sn@HCNF基板上镀Na的成核过电位图。

图5.熔融钠注入（a）SCNF、（e）HCNF和（i）Sn@HCNF的示意图。（b）Na@SCNF、（f）Na@HCNF和（j）Na-Sn@HCNF的俯视SEM图像。插图显示了在电极上注入钠的相应数码照片。（c）Na@SCNF、（g）Na@HCNF和（k）Na-Sn@HCNF的TEM图像。（d）Na@SCNF、（h）Na@HCNF和（l）Na-Sn@HCNF样品的EDS映射。暴露在环境大气中10h，由原位XRD图谱追踪的（m）裸Na和（n）Na-Sn@HCNF的实时相变（2θ范围为5°-25°）。

图6.（a）Na-Sn@HCNF||NaVPO4F全电池模型示意图。（b）Na-Sn@HCNF||NaVPO4F全电池在0.5C下的电压曲线。（c）Na-Sn@HCNF||NaVPO4F全电池在不同几何弯曲状态下的循环稳定性。（d）Na-Sn@HCNF||NaVPO4F和Na||NaVPO4F全电池在不同电流密度下的倍率性能。（e）Na-Sn@HCNF||NaVPO4F全电池的Ragone图与文献报道值的比较。