在各種電池中，鉀離子電池PIB具有能量密度高、鉀資源豐富、成本低廉等優點，受到了人們的廣泛關注。基於銻（Sb）的納米複合材料因為具有大的理論容量和合適的工作電壓有望成為PIB的負極材料。然而，鉀離子具有擴散慢的特性，以及不穩定的Sb/電解質界面和巨大的體積變化構成了嚴重影響了電池的電化學性能，阻礙了基於Sb的負極在鉀離子電池（PIB）的實際應用。
研究者通過縮小Sb粒子的尺寸並將其與碳網絡集成，以改善電化學性能。然而，儘管這些策略在適應體積變化和增強離子和電子傳輸方面是有效的，但要保證長周期壽命和高倍率性能仍然是一個挑戰。這主要是由於納米結構的Sb不可避免地傾向於斷裂和聚集，減少充放電過程中的電子傳輸路徑。另一方面，利用分層多孔結構可以顯著加快活性材料的電子和離子轉移，從而提高二次電池的循環穩定性和速率特性。
近日，南京師範大學周小四團隊報導了一種簡單可行的策略，介紹了以乙酸銻(Sb(Ac)3)、聚丙烯腈(PAN)、聚苯乙烯(PS)為原料，通過靜電紡絲法製備含Sb3+的u-Sb@CNFs的合成路線，將超細Sb納米晶體原位封裝在由納米通道陣列組成的碳納米纖維中（u-Sb@CNF），解決了上述問題，實現了高性能的PIB。超小型Sb納米晶體和中空納米通道可實現快速的K+運輸和應力緩解。有趣的是，由聚集的u-Sb@CNF組成的獨立而有彈性自支撐材料可直接用作負極，因此不需要導電添加劑和粘合劑。該材料展示出優異的電化學性能，在1A g-1下2000次循環後保留225 mAh g-1的可逆容量。因此，該研究的方法代表了一種將多功能納米複合材料作為電極的通用方法，用於包括鉀離子電池和鈉離子電池在內的廣泛的先進儲能應用。相關研究成果以「Enabling Superior Electrochemical Properties for Highly Efficient Potassium Storage via Impregnating Ultrafine Sb Nanocrystals within Nanochannel-Containing Carbon Nanofibers」為題目發表於期刊Angewandte Chemie International Edition上。
圖1 （a）u-Sb@CNF合成的流程圖，(b) XRD圖，(c) N2吸附等溫線，(d,e) u-Sb@CNF的高解析度N 1s和C 1s XPS光譜。
圖2 (a,b) FESEM圖像，(c)橫斷面FESEM圖像，(d,e) TEM圖像，(f) HRTEM圖像，(g-k) u-Sb@CNFs對應的元素映射。
圖3 (a,b) u-Sb@CNFs電極和 (b) Sb@s-CNFs電極前三次循環的CV曲線。(c) u-Sb@CNFs和Sb@s-CNFs在電流密度0.2 A g1時的循環性能。(d) u-Sb@CNFs和Sb@s-CNFs的倍率特性。(e) u-Sb@CNFs、Sb@s-CNFs和MCNFs在1 A g1時的超長循環性能。