钠离子电池（SIB）以其高能量密度、高安全性和更为低廉的成本在储能领域受到广泛关注。目前，SIB正极材料已经发展成熟，但是负极材料仍有较大提升空间。石墨作为商业化的锂离子电池负极材料，存储Na⁺ 的容量极低，仅为 35 mA h g^-1，无法满足SIB的高功率和高能量密度需求，因此，亟需寻找一种高性能负极材料。

硬碳是SIB最常用的负极材料，具有比容量高、循环寿命长、成本低的优点，然而，由于离子扩散动能较低，它在高倍率充放电的条件下比容量会显著降低，难以满足实际生活中大规模的快速充放电需求。改善硬碳负极材料的低倍率表现问题，将会成为解决硬碳负极难以实现大规模产业化的关键。

近日，厦门大学郑志锋教授团队在期刊《Journal of Energy Storage》上，发表了最新研究成果“Flexible carbon nanofibers with multichannel and porous structure as freestanding anode for excellent sodium storage”。研究者通过静电纺丝技术结合软模版的策略，合成了一种具有多孔多通道复合结构的碳纳米纤维，其能够作为自支撑负极材料应用于高性能钠离子电池。多通道结构实现了离子的快速扩散，富微孔结构增加了钠离子的存储位点，两者相结合使得该材料在高倍率充放电下表现良好，在5 A g^-1的电流密度下可逆容量达到了211 mA h g^-1；与磷酸钒钠（NVP）正极组成全电池后，其在1 A g^-1的电流密度下比容量达到了253 mA h g^-1。

图1：多孔多通道复合碳纳米纤维PCNFs的合成示意图。

图1为多孔多通道复合碳纳米纤维PCNFs的制备过程，其中PAN被用作静电纺丝的载体，PS作为软模版产生平行的多通道结构，F127作为另一种软模板调节孔结构。此外，本研究还使用了木质素粉末代替了一定量的PAN，这使得整体成本有所降低，并且能够有效提高成品的柔性，更适合作为自支撑材料。

图2：PCNFs的形貌分析。

通过SEM以及TEM观察，样品展现出了良好的三维网状结构，内部形成了多条平行的通道，这有利于离子的快速传输；同时能够观察到大量的微孔形成，有利于钠离子的微孔填充，层间距达到了0.364 nm，有利于钠离子的插层。

图3：PCNFs的电化学性能。

PCNFs与钠金属组装的半电池表现出了良好的电化学性能，经过孔调控后的最佳样品在50 mA g^-1的小电流密度下可逆比容量达到了286 mA h g^-1，在5 A g^-1的大电流密度下可逆比容量达到了211 mA h g^-1；循环性能方面，在1 A g^-1的较大电流密度下，循环1000圈容量保持率仍有79%。

人物简介：

郑志锋，厦门大学能源学院副院长（主持工作），主要从事碳基能源材料与器件、储能、生物质能源与双碳等方面的研究开发工作。主持完成国家级、省部级等各类科研项目 20 余项，现主持国家自然科学基金、国家重点研发计划、厦门市未来产业领域重大科技计划项目课题等各类科研项目 8项。在国内外期刊上发表论文 250 余篇，获发明专利 20 余项，制订国家标准 2项，获中国产学研合作创新奖、云南省科技进步二等奖(排名第 1)、梁希林业科学技术二等奖(排名第 2)、中国可再生能源学会科技进步二等奖(排名第2)等奖项。自从业以来，在新能源、储能电池关键材料等领域取得重要突破，其中包括攻克了我国卡脖子“碳纸”制备关键技术及其生产成套设备，成功实现了单条年产 10 万平米碳纸(片材)生产线的投产等系列成果。产学研合作紧密，主持建设1个国家级、2个省级创新平台，技术作价入股 2000 万元并获园区基金 2000万元支持等，发起并成功举办“宁德时代杯”新能源创新大赛二届，牵头组织教育部“储能科学与工程专业虚拟教研室”与储能产教融合相关平台建设，发展了产业技术研发与工程化示范，效益显著，驱动产业创新发展效果明显。