DOI:10.1038/s41467-019-10305-x
作为可替代碳质负极的替代材料，合金最近在可充电电池界引起了广泛关注。然而，这些材料的实际使用仍然面临挑战。在本文中，作者陈述了通过静电纺丝和随后的煅烧步骤合成锗锌合金纳米纤维。通过原位透射电子显微镜和电化学阻抗谱表征证明，这种一维设计具有独特的结构。锗和锌原子均分布，从而具有出色的电子导电性和锂存储的高可用容量。所制备的材料具有较高的倍率能力（20 C时的容量约为0.2％时的容量的50％）和循环保持率（3.0 C时的73％），即使在1000次循环之后，仍具有546 mAh g-1的保持能力。当组装在一个完整的电池中时，可以在400个循环中保持高能量密度，这表明当前的材料具有在大规模能量存储系统中使用的潜力。
图1形态结构演变。 a整个合成过程的示意图。插入的TEM图像对应于O-iGZNF和O-dGZNF。 b初生NFs的SEM图像。 c O-iGZNFs和d O-dGZNFs的HR-TEM图像和SAED模式。 O-dGZNFs的HAADF-STEM映射：红碳，橙氮，黄氧，青锗和绿锌。比例尺：a 500 nm，b 10μm，c，d 5 nm和51 / nm以及e 50 nm
图2合成的结构分析。a O-dGNF和O-dGZNF的拉曼光谱。b Zn 2p和c Ge 3d中O-iGZNFs和O-dGZNFs的核心级XPS光谱。 d O-dGNF和e O-dGZNF系列的EXAFS光谱。纯锗用作参考样品。f O-dGNF和O-dGZNFs的直径变化和Ge损失
图3 O-dGNF和O-dGZNF电极的电化学性能。a O-dGNFs和b O-dGZNFs在特定循环中的差分容量。c第一个循环（粗线）和第50个循环（虚线）的放电/充电曲线。d在0.2和2.0 C速率下保持充电容量。e原始电极和50个循环电极在不同扫描速率下的法拉第电流比较。 f由Randles–Sevcik方程（公式（2））计算得出的扫描速率平方与峰值电流的关系图
图4 O-dGNF和O-dGZNF在各种状态下的物理分析。a，b在部分蚀刻以去除Zn 2p中的SEI层后，原始电极和O-dGZNFs-50th电极的核心级XPS光谱。 c O-dGNF和d O-dGZNFs在不同状态下的EXAFS光谱
图5 O-dGNF和O-dGZNF的原位表征。用O-dGZNF样品进行原位TEM观察。时间分辨的TEM图像实时显示 a锂的插入和 e锂萃取。f-j每个SAED模式对应于上面的TEM图像。k-m放大的TEM图像处于疲劳状态。n锂化/脱锂时直径变化与时间的关系曲线。o在锂化过程中在三个点分别标记为状态i，ii和iii并分别对应于f，g和i的O-dGNF和O-dGZNFs的原位电导率测量。p在O-dGNF和O-dGZNFs的1.0 C速率锂化过程中进行原位EIS恒电流测量。比例尺：a 200 nm和f 5 1 / nm
图6半电池和满电池的速率能力和长期循环稳定性。a O-dGNF和O-dGZNF的速率能力。b O-dGZNF在3.0 C速率下的循环性能。 c在1.0 C速率下用LCO组装的完整电池的电化学性能。插图显示关闭电路之前和之后充满电的O-dGZNFs / LCO全电池
