组成的材料的元素组成经过EDS技能进行了分析（图6）。未煅烧和煅烧的CQDs主要由C、O和Na组成，这标明CQDs是由含氧碳结构组成的。两种材料都由于NaOH和H2O2的存在而含有较高的氧，这些物质供给了相对较高的比电容和速率才能（图6a和b）。在组成资猜中存在Na，由于制备进程中运用了碱性过氧化物（NaOH–H2O2）辅佐的水热碳化。CQD装修的SnO2含有很多的Sn（60.14%）和O（31.03%）（图6c）。阴极材料（CQDs@NaVO3）主要由V（35.99%）和O（38.61%）组成（图6d）。

Fig. 6:

(a)未煅烧的CQDs，(b)煅烧的CQDs，(c)CQDs@SnO2和(d)CQDs@NaVO3的元素组成

 

运用TEM（图7a-c）研讨了煅烧CQDs、CQDs@SnO2和CQDs@NaVO3的形状和结构。煅烧CQDs的均匀直径为4.0±0.96nm（n=20）（在线补充数据中的图S1a）。煅烧CQDs的选定区域（电子）衍射（SAED）闪现出六方晶格结构，具有不同的晶面（103）和（123），与煅烧CQDs的XRD图画和SEM一致。此外，两个晶格点之间的间隔为3.82nm。煅烧CQDs的尺度小于10nm，并且有许多晶面（201），（100），（002）和（300），层间隔分别为0.371、0.301、0.340和0.306nm。此外，CQDs具有碳原子规则排列（图7a）。黄色图示是Digital Micrograph软件放大的结果，用于核算晶面d间隔的值（图7b和c）。来自枯叶的CQDs具有0.371nm的层间隔，具有高表面积、大内部空位和缩短的质量或电荷传输长度，这些有效地提高了SIBs的具体容量、速率才能和循环稳定性[19, 48, 49]。

Fig. 7:

(a)煅烧的CQDs、(b)煅烧的CQDs@SnO2和(c)煅烧的CQDs@NaVO3的透射电镜图画

 

CQDs@SnO2的直径规划为2.11至10.75纳米，均匀值为6.37±2.15纳米（n=43）（在线补充数据图S1b）。这些粒子被看到集合在一起，有许多晶格平面。这些粒子的晶格条纹很明晰，层间隔为0.390和0.335纳米，分别对应于CQDs和SnO2的（1 2 0）和（1 1 0）平面。选区电子衍射（SAED）闪现，SnO2的（0 0 2）和（1 1 0）面以及CQDs的（1 2 3）和（0 0 2）面与XRD的方式一致。具有六方结构的CQDs的层间隔为0.33纳米，对应于（0 0 2）晶格平面（图7b）[50]。CQDs@NaVO3的SAED方式闪现了一个球形结构，层间隔为0.259和0.155纳米，分别对应于NaVO3和CQD的（3 1 0）和（1 0 3）平面，在35°C和59°C时（图7c）。CQDs@NaVO3的表面有许多晶格平面，层间隔分别为0.292、0.239、0.378和0.296纳米，分别对应于（3 0 1）、（2 1 3）、（0 0 2）和（3 0 1）平面，这与CQDs（图4a和b）和CQDs@NaVO3（图4d）的XRD方式保持一致。钠离子（1.02埃）比锂离子（0.76埃）大，由于石墨的层间隔离短（约0.34纳米）[20,51,52]，使得它们难以刺进石墨中。本研讨挑选了具有多孔结构的生物质衍生CQDs，以战胜这些问题。

2.3 柔性钠离子电池的电化学功用

研讨了运用不同隔膜制造的电池的循环伏安法（CV），在不同的扫描速率（25、10、5、3、1和0.5 mV s^-1）下进行测试，并在0.5 mV s^-1的初始循环CV中进行了三次测试，其电位规划为0-3.5 V，以表征电池的功用（图8I-V）。在低扫描速率下，电容值较高。电池的CV闪现在不同的扫描速率下出现可逆氧化恢复反响的峰。这些峰是由CQDs中的钠离子刺进和提取以及凝胶聚合物电解质构成的[53]。在ITO/PTE隔膜中，0.1 V和0.53 V的氧化峰与0.03 V的恢复峰相对应，出现在第一周期，而0.53 V的氧化峰在后续周期中消失。此外，即使在电流降低的情况下，第二和第三周期的氧化和恢复峰的高度也可见减少。第二和第三周期的CV曲线堆叠，标明在钠化和去钠化进程中，具有多孔结构的阳极和阴极材料的CQDs具有出色的循环功用[10]。0.1 V的阳极峰来源于可逆的钠化/去钠化进程[54]（图8I a2）。此外，没有明显的峰值标明电解质的分解，并且能够发现第二和第三周期是叠加的。这标明电极表面没有构成固体电解质界面（SEI）。

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Fig. 8:

不同扫描速率（0.5-25 mV s^-1）下各种隔膜的循环伏安图以及0.5 mV s^-1（三个周期）下的氧化恢复功用行为（I）ITO/PTE（a1，a2），（II）RP（b1，b2），（III）SIL BH（c1，c2），（IV）SIL SH（d1，d2）和（V）CP（e1，e2）

在SIBs中，RP作为隔膜时，存在两个氧化峰，分别为0.26 V和0.87 V，以及0.52 V和0.64 V的恢复峰。该电池经过氧化峰开释的电流高于ITO/PTE隔膜，而恢复峰的电流值较低（图8II b2）。恢复峰的面积低于氧化峰。全部循环中，0.52 V和0.64 V的两个不可逆恢复峰标明没有构成SEI。可逆的恢复峰位于0.52 V和0.64 V，归因于CQDs层间的Na离子刺进-提取[56]。SIBs中的SIL BH隔膜具有氧化（0.11 V）和恢复（0.08 V）峰（图8I II c2），其响应与ITO/PTE隔膜类似。可是，SIL BH的恢复峰开释的电流低于ITO/PTE。在SIL SH的情况下，隔膜的CV闪现三个氧化峰，分别为0.16 V、0.86 V和1.31 V（图8I V d2），与SIL BH比较。不可逆的恢复峰出现在接连三个周期的0.3 V、0.18 V和0.06 V。研讨标明，硅胶表面的小孔影响了电池的功用。有许多小孔（SIL SH）的硅胶比有大孔（SIL BH）的硅胶具有更多的凝胶负载量。在以CP为隔膜的SIBs中，全部循环中都构成了两个阳极峰，分别为0.05 V和0.12 V。可是，第一周期中0.1 V的阴极峰以及第二和第三周期的阴极峰

所制造电池的具体电容值是经过以下公式核算的，该公式运用数学面积（方程式1）在扫描速率为0.5 mV s-1时CV曲线的面积：

     
(1)

其间 \( S_{\text{Idv}} \) 标明 CV 曲线下的积分面积，\( m \) 是作业电极表面活性材料的质量（克），\( v \) 是扫描速率（0.5 mV s⁻¹），而 (\( v_f - v_i \)) 是功用电位窗口（伏特）。

ITO/PTE、RP、SIL BH、SIL SH和CP电池的具体电容值分别为13、266、116、881和183法拉每克。SIL SH由于柔性硅胶片表面孔洞的数量和大小，其比SIL BH（116法拉每克）具有更高的比电容（881法拉每克）。SIL SH或许含有比SIL BH更多的凝胶聚合物电解质。在低扫描速率下，SIL SH的电容值高于高扫描速率下的电容值，并且靠近志向的形状。当以0.5毫伏每秒的速率从零电位对全部电池充电时，电流最初增加，然后跟着电势的增加而减少，在CV曲线中表现出一个驼峰[57, 58]。

图9I-V展现了运用计时电流法对1 V、1.5 V、2 V和2.5 V的电池进行1小时充放电研讨的曲线，其原始数据如图S2I-IV在线补充数据中所示。制造电池的具体电容由方程2所示的充电和放电曲线核算得出：

Fig. 9:

不同电压下运用各种隔膜的SIB充放电容量曲线（I）ITO/PTE，（II）RP，（III）SIL BH，（IV）SIL SH和（V）CP

       
(2)

其间（t₂ - t₁）标明时间持续（秒），（i₂ + i₁）标明电荷（库仑），m 标明作业电极表面活性材料的质量（克）。