文章通过Bi(NO₃)₃·5H₂O辅助的电纺丝-碳化方法，从低软化点煤沥青（LSP CP）直接制备出柔性的硬碳纳米纤维（HCNFs）薄膜，用于钠双离子电池（SDIBs）的自支撑负极。研究团队探讨了Bi(NO₃)₃·5H₂O和预氧化在构建柔性薄膜中的关键作用，并通过调节Bi(NO₃)₃·5H₂O的用量和碳化温度，优化了HCNFs薄膜的微观结构和形貌。优化后的HCNFs-1.2薄膜展现出优异的电化学性能，包括大的可逆比容量、良好的循环稳定性和倍率性能。

1. 研究背景

领域概述： 该研究涉及能源存储领域，特别是钠双离子电池（SDIBs）的开发。现有研究表明，钠离子电池（SIBs）由于成本低廉和资源丰富，成为大规模储能技术的首选。SDIBs作为一种新兴的储能技术，具有高电压窗口、低成本、高安全性和高能量密度等优点。

研究意义： 研究低成本、高碳含量的天然碳源对于制备高性能HCNFs薄膜电极具有重要意义。这不仅实现了商业沥青的高附加值利用，还推动了基于沥青衍生负极的SDIBs的实用性。

2. 目的与假设

研究目标： 开发一种低成本、高效的制备方法，以商业LSP CP为碳前体，通过Bi(NO₃)₃·5H₂O辅助的电纺丝-碳化方法制备出3D多孔柔性HCNFs薄膜，用于高性能SDIBs的自支撑负极。

假设前提： 通过调节Bi(NO₃)₃·5H₂O的用量和碳化温度，可以优化HCNFs薄膜的微观结构，包括孔隙率、表面官能团、石墨微晶结构和层间距，从而提高其钠存储性能。

3. 材料与方法

新材料设计： 使用商业LSP CP作为碳前体，PVP作为纺丝助剂，通过电纺丝技术制备HCNFs薄膜。通过预氧化和后续的碳化处理，优化了薄膜的结构和性能。

实验设计： 实验包括电纺丝、预氧化、碳化等步骤，使用FESEM、TEM、STEM、HRTEM、EDS、XRD、Raman光谱、FT-IR、TGA等技术对材料进行表征。电化学性能通过硬币电池（CR2032）进行评估。

4. 结果与分析

数据展示： 通过FESEM、TEM图像和XRD图谱展示了不同Bi(NO₃)₃·5H₂O用量和碳化温度下HCNFs薄膜的形貌和结构。通过Raman光谱、FT-IR光谱、TGA曲线等分析了薄膜的化学组成和热稳定性。

结果解读： HCNFs-1.2薄膜具有优异的机械柔性和结构稳定性，以及丰富的活性氧/氮官能团和大的石墨微晶区域。这些特性使得HCNFs-1.2在钠存储方面表现出色。

比较与对比： HCNFs-1.2的性能与其他HCNFs薄膜以及文献中报道的其他自支撑碳薄膜电极和沥青衍生的碳材料进行了比较，显示出更优异的电化学性能。

5. 讨论

创新点与贡献： 研究的创新点在于开发了一种新的Bi(NO₃)₃·5H₂O辅助电纺丝-碳化方法，成功制备出3D多孔柔性HCNFs薄膜，具有优异的钠存储性能，为高性能SDIBs提供了新的自支撑负极材料。

局限性： 研究主要集中在HCNFs薄膜的制备和性能优化上，对于其在实际电池设备中的长期稳定性和大规模生产的可能性尚未详细探讨。

未来方向： 未来的研究可能会集中在进一步优化材料的性能，探索其在其他类型的电池中的应用，以及实现商业化生产。

6. 结论

核心发现： 通过Bi(NO₃)₃·5H₂O辅助的电纺丝-碳化方法成功制备出3D多孔柔性HCNFs薄膜，作为SDIBs的自支撑负极，展现出优异的电化学性能。

实际应用潜力： HCNFs薄膜在实际应用中具有很高的潜力，尤其是在高性能SDIBs领域。