鈉（Na）電池是比鋰離子電池（LIB）更環(huán)保和可持續(xù)的技術(shù)，鈉金屬電池 (SMB) 被認(rèn)為有望實(shí)現(xiàn)高能量密度以超越LIB的成本效益。然而，由于鈉枝晶形成導(dǎo)致的復(fù)雜失效模型，鈉金屬負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定性面臨重大挑戰(zhàn)，尤其是在高循環(huán)容量下。

在此，香港理工大學(xué)鄭子劍教授等人報(bào)道了一種基于集流體的自調(diào)節(jié)合金界面的通用表面策略，以抑制Na枝晶的形成。沉積在集流體表面的NiSb在電鍍過程中與Na⁺反應(yīng)，形成孤立的Na₃Sb納米島和連續(xù)的Ni基體。

納米尺寸的金屬Na首先沉積在親鈉的Na₃Sb域上，Na/Na₃Sb異質(zhì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)置電場阻礙了Na 的后續(xù)生長。取而代之的是，Na沉積在導(dǎo)電鎳基體的表面上，使鈉金屬層變平。

圖1. 使用合金界面的鈉金屬自調(diào)節(jié)機(jī)制

高容量 (10 mAh cm^-2) 鈉金屬負(fù)極可以在35 mV的低過電位下實(shí)現(xiàn)超過1000 小時(shí)的穩(wěn)定循環(huán)。當(dāng)與高容量Na₃V₂(PO₄)₂F₃正極（7 mAh cm^-2）配合使用時(shí)，SMB 提供了前所未有的能量密度（基于所有電池組件計(jì)算），在富電解液中超過200 Wh kg^-1，或在貧電解液中超過230 Wh kg^-1。

無枝晶SMB還顯示出高循環(huán)穩(wěn)定性，每個(gè)循環(huán)的超過99.9% 的容量保持率以及95.8% 的超高能量效率。作者證明了這種自我調(diào)節(jié)機(jī)制是保護(hù)其他堿金屬負(fù)極（如鋰和鉀）的通用策略。

圖2. 高能量密度鈉金屬電池的電化學(xué)性能

Smoothing the Sodium-Metal Anode with a Self-Regulating Alloy Interface for High-Energy and Sustainable Sodium-Metal Batteries, Advanced Materials 2021. DOI：10.1002/adma.202102802