来源：快猛电池 发布日期：2026-06-06 13:28:50

金属有机结构（MOF）衍生的过渡金属基资料作为高功用储能电极资料的潜在候选者已引起广泛重视。然而，MOF前驱体固有的低导电性及其在充放电循环中易产生结构坍塌的特性，严峻阻止了其在储能系统中的实践使用。本研讨经过静电纺丝及后续硫化工艺，成功组成了一种新式胶囊结构的S-ZCCNFs纳米复合资料。作为超级电容器阳极资料，其比电容达到763.9 F·g−1在2 A·g的电流密度下−1该器材实现了19,485 W·kg的最大功率密度−1对应的能量密度为43.3 Wh·kg−1反之，在3903.4 W·kg的功率密度下仍坚持75.9 Wh·kg的高能量密度−1即便在5000次循环后，电容坚持率仍维持在98.2%。作为钠离子电池负极资料，S-ZCCNFs展现出828.6 mAh·g⁻¹的高可逆比容量。−1在0.2 A g−1以及754 mAh·g的容量−1在0.1 A·g的电流密度下−1经过200次循环后仍表现出优异的电化学储能功用。密度泛函理论核算表明，S-ZCCNFs促进了电子搬运，提高了Na−1吸附才能+并下降了Na+ diffusion barrier energy. Therefore, the S-ZCCNFs offers excellent application potential for supercapacitors and SIBs.

图形摘要

本研讨报导了一种经过静电纺丝及后续硫化制备的新式硫化胶囊状ZnCo-CNF异质结构（S-ZCCNFs）。左上方示意图展现了含多种杂原子的原子结构，而对应的形貌图画（右上方）则出现彼此连通的网络架构。在超级电容器使用中（左下角图示），S-ZCCNFs表现出超高的循环稳定性——5000次循环后容量坚持率接近100%，一起具有高库伦功率。关于钠离子电池（右下角图示及中上部相关谱图），该资料展现出高可逆比容量和优异的循环稳定性。中上部的密度泛函理论核算结果表明，该结构能显著增强电子搬运并提高Na+吸附效果，并下降分散能垒。总体而言，S-ZCCNFs作为高功用双功用电极资料，在固态超级电容器（SSCs）和钠离子电池（SIBs）中均表现出色，一起展现出与氢能系统融合的潜力。

引言

日益严峻的能源危机与环境问题加快了全球向可再生能源转型的进程，凸显出对先进储能技术的火急需求[1], [2], [3], [4], [5], [6]。为应对这一需求，构建多元化的储能系统至关重要。氢能源系统（特别是燃料电池）凭仗其高能量密度在长时间大规模储能领域表现优异，但其功率密度和动态呼应才能不足，往往需要高功率、快呼应设备的辅助补偿[7], [8]。超级电容器（SCs）与钠离子电池（SIBs）成为添补这一功用缺口的抱负选择：SCs具有杰出的功率密度和循环寿数，但能量密度不足；而作为锂离子电池（LIBs）经济代替计划的SIBs虽展现出良好的能量密度，却受限于缓慢的Na+负极资料中的分散动力学与严峻体积扩展包[9], [10]。
近几十年来，超级电容器（SCs）和钠离子电池（SIBs）因其独特优势在储能领域取得越来越多的重视[11][12][13][14]。作为重要储能设备，超级电容器凭仗高功率密度、快速充放电特性及安全运转等优势成为研讨热门，相关探索广泛开展[15][16][17][18]。然而其较低的能量密度极大限制了其在更广泛实践场景中的使用扩展[19][20]。与此一起，钠离子电池作为锂离子电池最具竞争力与远景的代替计划脱颖而出，其在成本效益、资源储藏和安全功用方面的优势，为大规模低成本可再生能源使用提供了巨大潜力[21][22]。尽管与锂离子电池具有类似工作原理并在成本与资源可取得性方面展现出使用远景，钠离子电池开展仍受制于关键瓶颈：钠离子较大的半径+（1.02 Å）的离子半径导致电极资料中分散动力学迟缓，且嵌入/脱嵌过程会引发显著的体积扩展包。这些问题造成电化学功用低下，具体表现为比容量低、倍率功用差和循环寿数短，严峻阻止了钠离子电池（SIBs）的大规模使用[23][24][25]。因而，开发具有高可逆容量和稳定电化学功用的负极资料具有深远意义[26][27]。 （注：依据术语表要求，"Expansion"译为"扩展包"；"SIBs"作为专有名词缩写保留不译；文献引证格式与原文完全一致；学术术语如"diffusion kinetics"译为"分散动力学"、"specific capacity"译为"比容量"等均契合标准；被动语态"is of profound significance"按中文习惯处理为主动表述）
金属-有机骨架资料（MOFs）作为一类多孔晶体资料，因其超高比表面积、可调控孔结构及可设计拓扑构型等特点[28][29][30][31]，已引起广泛研讨重视。例如，Jia等人经过水浴法组成ZIF-8/67/GO前驱体并经硫化处理制备了ZnS/CoS@C/rGO复合资料，该优化后的复合资料展现出杰出的循环稳定性（在200 mA g−1电流密度下循环70次后容量坚持414.8 mAh g−1）以及优异的倍率功用（在2 A g %%−1会与硫蒸气产生原位反响构成CoS−1/ZnS纳米颗粒，一起PAN衍生的碳基质坚持纳米纤维形态，最终构成CoS
本文报导了一种经过静电纺丝及后续硫化工艺制备的新式硫化胶囊状ZnCo-碳纳米纤维（S-ZCCNFs）异质结构，该资料可作为超级电容器（SCs）和钠离子电池（SIBs）的高功用双功用电极。ZCCNFs是经过碳化Co/Zn-ZIF-8/聚丙烯腈（PAN）复合电纺纤维制备的预硫化前驱体；在氩气环境中400°C硫化6小时后，ZCCNFs中的2+Co2+与2Zn2/ZnS@氮掺杂碳纳米纤维（N-CNFs）核壳异质结构（简称S-ZCCNFs）。作为超级电容器电极时，S-ZCCNFs在2 A g−1条件下展现出763.9 F g−1的比电容，其对称器材在43.3 Wh kg−1能量密度下取得19,485 W kg−1的最大功率密度。作为钠离子电池负极资料时，其可逆比容量达828.6 mAh g−1在0.2 A g−1以及杰出的循环稳定性。密度泛函理论（DFT）核算表明该异质结构可促进电子搬运，增强Na+吸附效果，并下降分散势垒。本研讨展现了一种优异的双功用资料，该资料有望整合至氢能系统中，其中高功率/能量存储单元关于办理瞬态负载（Load）及提高系统功率至关重要。