钠离子的缓慢动力学使其难以实现高倍率性能，致使功率密度不佳。香港理工大学Jinlian Hu和Haitao Huang团队提出了一种具有快速钠离子动力学的管中纤维Co₉S₈-碳/Co₉S₈设计，在 Co₉S₈纳米管内部，有Co₉S₈-C复合纳米纤维存在，以形成管内纤维结构（类似空心蛋黄结构，只是一个是球，一个是管）。中空结构有效地缓冲Co₉S₈在循环期间的体积变化，以实现长循环寿命和高倍率性能；在纳米管中的Co₉S₈-C复合纳米纤维不仅增加了复合材料中活性材料的密度，而且为电子提供了导电通路。实验和仿真分析表明，高Na+储存性能的主导电容机制是由于丰富的晶界、三个暴露层界面和碳布线的设计。在0.5A g^-1下150次循环后，管中纤维混合负极显示出616 mAh g^-1的高比容量。1A g^-1下500次循环后为~451mAh g^-1。可以同时获得779 Wh kg^-1的高能量密度和7793 W kg^-1的功率密度。

具体过程：由于Co²⁺与2-甲基咪唑之间的强配位相互作用，ZIF-67壳在PAN /Co(Ac)₂纳米纤维上均匀生长。在硫化过程的初始阶段，接触部分首先形成用作“缓冲层”的薄硫化钴层，其在中空结构的产生中起重要作用。由于离子半径较小（Co²⁺= 70pm，S^2- = 184pm），Co²⁺向内扩散比S^2-向外扩散更容易。所以，来自ZIF-67释放的Co²⁺扩散到预先形成的硫化钴层以进一步与S^2-反应。由于内部ZIF-67的溶解，形成中空的硫化钴颗粒。核与壳之间纳米空隙的形成也可以归因于扩散控制反应机理。在氮气中加热处理后，可以得到管中纤维结构的Co₉S₈-碳/Co₉S₈复合材料。

Xiaoyan Li, Kaikai Li, Sicong Zhu, Ke Fan, Linlong Lyu, Haimin Yao, Yiyang Li, Jinlian Hu, Haitao Huang, Yiu-Wing Mai, John B. Goodenough, Fiber‐in‐tube design of Co9S8‐carbon/Co9S8 enables efficient sodium storage. Angewandte Chemie International Edition, 2019.

DOI: 10.1002/anie.201900076

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201900076