鈉金屬具有1165 mAh g^-1的高理論比容量，是鈉電池的終極負(fù)極，然而如何處理鈉沉積過(guò)程中的不均勻枝晶鈉沉積以及鈉金屬負(fù)極無(wú)限的相對(duì)尺寸變化仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

圖1. 材料制備及表征

華中科技大學(xué)方淳、孫世雄、林亞慶等提出了一種易于制備的二維N摻雜碳納米片（N-CSs）作為鈉金屬電池（SMBs）的鈉宿主材料，以防止枝晶的形成并消除循環(huán)過(guò)程中的體積變化。

首先，實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算表明，N-CSs的高N摻雜含量有助于降低鈉成核過(guò)電位，并引導(dǎo)均勻和致密的鈉金屬沉積，而不是枝晶生長(zhǎng)。

第二，卷曲和堆疊的二維結(jié)構(gòu)N-CSs提供了足夠的空間來(lái)容納沉積的鈉金屬，并消除了循環(huán)金屬鈉負(fù)極的無(wú)限的相對(duì)尺寸變化。

第三，N-CSs可以很容易地通過(guò)傳統(tǒng)的商業(yè)電池電極涂層設(shè)備連續(xù)加工成N-CSs/Cu電極，為大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用鋪平道路。

第四，結(jié)合非原位SEM、非原位TEM、原位光學(xué)視頻和原位XRD的結(jié)果，N-CSs/Cu電極消除了鈉金屬負(fù)極在鈉循環(huán)過(guò)程中的無(wú)限的相對(duì)尺寸變化。

圖2. 半電池性能

由于有豐富的成核點(diǎn)和足夠的沉積空間，N-CSs/Cu電極在2 mA cm^-2的電流密度下表現(xiàn)出超過(guò)1500小時(shí)的循環(huán)穩(wěn)定性，具有超過(guò)99.9%的高庫(kù)侖效率和超低的成核過(guò)電位。與近年來(lái)的幾種碳基材料比較可以發(fā)現(xiàn)，這項(xiàng)工作在較大的沉積電流和容量下顯示出更出色的循環(huán)穩(wěn)定性。

總體而言，零體積膨脹和無(wú)枝晶的N-CS/Cu電極為實(shí)現(xiàn)高性能的SMB提供了一個(gè)切實(shí)有效的電池解決方案，并刺激了未來(lái)SMB的進(jìn)一步大規(guī)模利用。

圖3. NNMO基全電池性能

Ultrahigh Nitrogen Content Carbon Nanosheets for High Stable Sodium Metal Anodes. Advanced Science 2023. DOI: 10.1002/advs.202206845