近期，北京化工大学于乐教授等人设计了由Zn/N掺杂碳纳米笼修饰的分层大通孔莲藕状多通道Zn/N掺杂碳纳米纤维（LRZCF@ZCC）用于稳定的锌金属负极载体。相关研究成果以“Formation of Hierarchical Zn/N-doped Carbon HollowNanofibers towards Dendrite-Free Zn Metal Anodes”为题目，发表于期刊《Advanced Functional Materials》上。

本文要点：

1、介绍了一种分层大通孔莲藕状多通道氮掺杂碳空心纳米纤维的设计，该纳米纤维表面有锌/氮掺杂碳纳米笼修饰，用于稳定锌金属负极。

2、分层多孔结构可以降低局部电流密度，均匀锌离子通量，实现高负载锌沉积，并增强构稳定性。

3、该纳米纤维无需粘结剂，具有低极化度的锌沉积。

4、制备的LRZCF@ZCC-Zn表现出高度可逆的锌沉积/剥离，并在对称和全电池中具有长寿命。

一图读懂全文：

LRZCF@ZCC作为自支撑锌金属负极材料具有多项优势：

1、降低局部电流密度、均匀锌离子通量、实现高负载锌沉积和增强结构稳定性。

2、LRZCF@ZCC还表现出低极化度，可实现可控的锌沉积，并具有较小的电压滞后。

3、制备的LRZCF@ZCC-Zn表现出高度可逆的锌镀/剥离，并在对称和全电池中具有长寿命。

4、此外，LRZCF@ZCC-Zn电极在不同电流密度下表现出最佳的倍率性能，电压滞后最小。

5、LRZCF@ZCC-Zn电极在DOD为20%和40%的情况下，可以稳定循环1150 h和380 h。

6、此外，由LRZCF@ZCC-Zn负极和NVO正极组装的水系锌金属电池可以稳定循环5000次以上，表现出良好的可逆性和循环稳定性。

图1.（a）LRZCF@ZCC合成示意图。Zn(Ac)₂/PAN/PS的（b）FESEM图像、（c）TEM图像和（d）纤维截面FESEM图像。ZIF-8/PAN/PS的（e）FESEM图像、（f）TEM图像和（g）纤维截面FESEM图像。（h）ZIF-8/PAN/PS和LRZCF@ZCC的分子结构。（i）LRZCF@ZCC润湿性测试。

图2.（a-e）LRZCF@ZCC的FESEM图像、（f）TEM图像、（g）HAADF-STEM图和相应元素映射图。

图3.（a）Zn在LRZCF@ZCC上的沉积行为示意图。（b）LRZCF@ZCC在镀锌前后的FEESM图像，对应容量为（c）6 mAh cm^-2,（d）10 mAh cm^-2和（e）12 mAh cm^-2。

图4. （a）不同表面上锌晶胚形态示意图。（b）MPCF@ZCC的FEESM图像。MPCF@ZCC沉积锌（c）0 mAh cm^-2和（d）2 mAh cm^-2的TEM图像。不同电极在对称电池中的（e）奈奎斯特图和（f）阿伦尼乌斯曲线。

图5. （a）在3 mA cm^-2的电流密度和2 mAh cm^-2的容量下，对称电池在锌沉积/剥离过程中的电压分布曲线。（b）在1 mA cm^-2的电流密度和4 mAh cm^-2的容量下，对称电池在锌沉积/剥离过程中的电压分布曲线。（c）对称电池的倍率性能。（d）和最近报道的锌负极载体性能比较。在3 mA cm^-2的电流密度和2 mAh cm^-2的容量下，（e）LRZCF@ZCC-Zn、（f）LRZCF-Zn,（g）Zn foil和（h）NSCF-Zn循环50圈之后的FESEM图像。

图6.（a）LRZCF@ZCC-Zn||NVO全电池示意图。LRZCF@ZCC-Zn||NVO和Zn||NVO的（b）奈奎斯特图和（c）CV图。（d）LRZCF@ZCC-Zn||NVO和Zn||NVO的倍率图。（e）LRZCF@ZCC-Zn||NVO在不同电流密度下的充放电曲线。（f）LRZCF@ZCC-Zn||NVO和Zn||NVO的循环性能。

原文链接： https://doi.org/10.1002/adfm.202311038