鈉(Na)枝晶作為引發(fā)安全問(wèn)題的罪魁禍?zhǔn)?，已?jīng)制約了鈉金屬電池的實(shí)際應(yīng)用。其根本原因是由于Na金屬負(fù)極的高活性，可不斷誘導(dǎo)界面副反應(yīng)和Na枝晶生長(zhǎng)，導(dǎo)致容量迅速劣化，庫(kù)侖效率低，甚至內(nèi)部短路。

在此，南開(kāi)大學(xué)焦麗芳教授團(tuán)隊(duì)采用界面化學(xué)和結(jié)構(gòu)工程相結(jié)合的方法報(bào)道了一種嵌入Sb納米粒子的柔性三維中空多孔碳纖維框架(Sb@HPCNF)。具有梯度親鈉性的3D Sb@HPCNF框架可以在5 mA cm^?2下保持高度可逆的Na鍍剝離循環(huán)>550 h，并具有24 mV的低過(guò)電位。

此外，使用Na₃V₂(PO4)₃正極和Sb@HPCNF-Na負(fù)極的全電池表現(xiàn)出長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性和優(yōu)異的高倍率性能。

圖1. Sb@HPCNF的制備及結(jié)構(gòu)表征

研究表明，仿生蓮藕樣多通道結(jié)構(gòu)的三維柔性Sb@HPCNF框架具有梯度親鈉性，不僅能有效調(diào)節(jié)無(wú)枝晶Na沉積，還能顯著誘導(dǎo)Na穩(wěn)定、均勻、水平生長(zhǎng)過(guò)程?；诤琋/O官能團(tuán)的界面修飾層可以極大地提高Na+的親和力，促進(jìn)Na+通量的均勻成核。原位錨定的Sb納米粒子可以作為親鈉活性位點(diǎn)，誘導(dǎo)均勻鍍Na和各向同性Na生長(zhǎng)。具有Sb@HPCNF-Na電極的對(duì)稱(chēng)電池在5 mA cm^?2下，以24 mV的低過(guò)電位在550 h內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的Na鍍剝離穩(wěn)定性。

此外，采用Na3V₂(PO₄)₃正極和Sb@HPCNF-Na陽(yáng)極的全電池在500 mA g^?1下可穩(wěn)定運(yùn)行1000次以上，容量保持率高達(dá)93.7%，具有良好的長(zhǎng)周期穩(wěn)定性和高倍率性能?？傮w而言，本文為構(gòu)建具有梯度親鈉性的低成本、大規(guī)模和高性能3D復(fù)合框架以穩(wěn)定Na金屬負(fù)極提供了新的見(jiàn)解。

圖2. Sb@HPCNF-Na||Na₃V₂(PO₄)₃的電化學(xué)性能

3D Sb-Based Composite Framework with Gradient Sodiophilicity for Ultrastable Sodium Metal Anodes, Advanced Functional Materials? 2023 ?DOI:?10.1002/adfm.202301554