鈉金屬已被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)下一代電池系統(tǒng)高能量密度和低成本最有希望的負(fù)極。然而，不受控制的枝晶生長、無限的體積膨脹和不穩(wěn)定的固體/電解質(zhì)界面相嚴(yán)重阻礙了鈉金屬負(fù)極的實(shí)際應(yīng)用。

深圳大學(xué)何傳新、中科大余彥等通過將熔融的Na注入由硒化銅納米片修飾的多孔銅框架中，獲得了功能性復(fù)合Na負(fù)極（Na₂Se/Cu@Na）。

圖1. Na₂Se/Cu@Na復(fù)合負(fù)極的合成過程示意圖

Na₂Se/Cu@Na具有以下優(yōu)勢：

i）Cu₂Se納米片可以賦予Cu骨架親鈉性（親鉀性），并通過虹吸效應(yīng)促進(jìn)Na（K）的滲透；

ii）包括Na₂Se/Cu（K₂Se/Cu）納米片的反應(yīng)產(chǎn)物可以促進(jìn)Na（K）離子遷移，并通過離子/電子傳導(dǎo)框架誘導(dǎo)Na（K）成核；

iii）與傳統(tǒng)的金屬氧化物和金屬硫化物相比，硒金屬表現(xiàn)出更高的電導(dǎo)率，由于電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)更快，有利于重新分配離子濃度。

圖2. 半電池性能

因此，獲得的復(fù)合Na負(fù)極（Na2Se/Cu@Na）在電流密度為1 mA cm^-2、固定容量為1 mAh cm^-2時(shí)在碳酸酯電解液中表現(xiàn)出超過500小時(shí)的穩(wěn)定剝離/沉積循環(huán)壽命。當(dāng)這種復(fù)合負(fù)極與Na₃V₂(PO₄)₃(NVP)正極耦合時(shí)，Na₂Se/Cu@Na‖NVP的全電池在10 C(1 C=100 mA g^-1)下循環(huán)800次后仍能保持97 mAh g^-1的高容量。

此外，超薄的復(fù)合Na負(fù)極和相應(yīng)的軟包電池可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用。至于復(fù)合K負(fù)極（K₂Se/Cu@K），在電流密度為0.5 mA cm^-2、固定容量為0.5 mAh cm^-2時(shí)，對稱電池的循環(huán)壽命可以保持在1000小時(shí)以上。這項(xiàng)研究為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化的Na（K）金屬負(fù)極鋪平了一條重要的道路，以協(xié)同改善電極的穩(wěn)定性。

圖3. 全電池性能

Homogeneous Metallic Deposition Regulated by Porous Framework and Selenization Interphase Toward Stable Sodium/Potassium Anodes. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202210166