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蔣凱/金陽/孫彬Adv. Sci.：三維互穿合金鈉負(fù)極實(shí)現(xiàn)高面容量無枝晶鈉金屬電池

鈉負(fù)極形成均勻電沉積的傾向與電極表面的性質(zhì)和鈉離子通量的調(diào)節(jié)以及電場(chǎng)分布有關(guān)，這對(duì)于高面容量鈉金屬電池（SMBs）至關(guān)重要。

華中科技大學(xué)蔣凱、鄭州大學(xué)金陽、孫彬等通過簡(jiǎn)單的合金反應(yīng)制備了一種具有三維互穿網(wǎng)絡(luò)和多孔結(jié)構(gòu)的新型金屬鈉/鈉錫合金箔負(fù)極（Na/NaSn）。

圖1 材料合成及理化性質(zhì)

三維合金網(wǎng)絡(luò)不僅可以為鈉的快速擴(kuò)散提供互穿通道，并為鈉沉積的高面容量提供穩(wěn)定的骨架，而且其多孔結(jié)構(gòu)有利于容納鈉沉積過程中的體積膨脹和調(diào)節(jié)鈉離子通量。

此外，由于良好的鈉親和力，Na₁₅Sn₄可以降低鈉成核勢(shì)壘以降低沉積電位，而且Na₁₅Sn₄和鈉之間的輔助電位差可以產(chǎn)生額外的驅(qū)動(dòng)力來調(diào)節(jié)鈉離子通量以實(shí)現(xiàn)均勻的鈉沉積。

圖2 鈉沉積/剝離的電化學(xué)表征

受益于上述優(yōu)勢(shì)，所制備的Na/NaSn電極可以在高面容量下實(shí)現(xiàn)出色的沉積/剝離可逆性（在4 mAh cm^-2，1 mA cm^-2時(shí)循環(huán)1600小時(shí)）、快速電化學(xué)動(dòng)力學(xué)（4 mAh cm^-2，4 mA cm^-2 時(shí)，循環(huán)500小時(shí)）。

此外，Na/NaSn|NVP全電池在1 C的電流密度下可穩(wěn)定運(yùn)行90次，容量保持率為95%，并顯示出優(yōu)異的倍率性能。這項(xiàng)工作提供了一種新的策略，可以輕松設(shè)計(jì)具有高面容量和優(yōu)異倍率性能的金屬鈉負(fù)極，從而為儲(chǔ)能提供潛在的應(yīng)用。

圖3 Na₁₅Sn₄電極上的鈉沉積機(jī)理探索

Synergistic Manipulation of Na+ Flux and Surface-Preferred Effect Enabling High-Areal-Capacity and Dendrite-Free Sodium Metal Battery. Advanced Science 2021. DOI：10.1002/advs.202103845

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