银修饰分级多孔碳纳米纤维通过合金化限域效应实现无枝晶钾金属负极

（编辑推荐）本研究通过静电纺丝-煅烧-浸渍法构建银修饰三维多孔碳纳米纤维（Ag@CNFs），解决了钾金属电池（KMBs）枝晶生长和界面不稳定的核心难题。该复合负极展现出7 mV的超低成核过电位、460小时的长循环稳定性（0.5 mA cm-2）及10 mA cm-2下80 mV的低极化，同步辐射SAXS和TXM技术揭示了多孔结构协同Ag纳米颗粒调控K+均匀沉积的机制。

　　

Highlight

银修饰分级碳纳米纤维通过合金化介导的限域效应实现无枝晶钾金属负极

Results and discussion

本研究采用静电纺丝-煅烧-浸渍三步法制备了Ag@CNFs纤维。扫描电镜（SEM）显示纤维直径约400 nm（图1b,c），能谱分析（EDX）证实银纳米颗粒在碳骨架中均匀分散（图1d,e）。透射电镜（TEM）进一步揭示了纤维内部的三维互联多孔网络结构（图1f），这种分级孔隙与银纳米粒子的协同作用显著提升了钾离子（K⁺）传输效率和沉积均匀性。

电化学测试表明，Ag@CNFs@K负极表现出7 mV的创纪录低成核过电位，在0.5 mA cm^-2电流密度下稳定循环460小时（极化电压仅28 mV）。对称电池在10 mA cm^-2高电流下仍保持80 mV的低极化，与普鲁士蓝正极组装的全电池在1.0C倍率下初始容量达128 mAh g^-1，500次循环后容量保持率41.8%。

同步辐射小角X射线散射（SAXS）分析证实，多孔结构结合银修饰可诱导K⁺优先吸附于银活性位点，实现"自下而上"的均匀沉积。透射X射线显微镜（TXM）三维成像显示，银纳米粒子在碳基质中的空间均匀分布有效优化了机械应力缓冲和离子传输路径。

Conclusion

通过静电纺丝结合金属修饰策略构建的Ag@CNFs@K复合负极，利用三维多孔框架的物理限域和银-钾合金化的化学协同，同步解决了枝晶生长、界面不稳定和体积膨胀三大挑战。该工作为高能量密度钾金属电池的实用化提供了新思路。