鈉（Na）金屬負(fù)極存在枝晶形成和可逆性差的問題，這主要是由不均勻的成核/生長和脆弱的固體電解質(zhì)界面（SEI）引起的，這阻礙了其商業(yè)應(yīng)用。

優(yōu)化成核行為或SEI特征可改善Na沉積/剝離過程，但其長期循環(huán)穩(wěn)定性仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，因?yàn)檫@些問題沒有在單個(gè)方法中得到充分優(yōu)化/解決。

在此，南方科技大學(xué)黃立民教授等人提出將雙功能冠醚添加劑（CEA）引入常規(guī)的NaPF₆-二甘醇二甲醚電解液（記為CEA-X，X為CEA的質(zhì)量百分比）以同時(shí)規(guī)避上述挑戰(zhàn)。CEA主要是指由幾個(gè)醚基組成的環(huán)狀化合物，廣泛用于檢測(cè)和回收離子，尤其是堿金屬離子。

目前，已有報(bào)道稱CEA可穩(wěn)定鋰金屬負(fù)極。作者通過實(shí)驗(yàn)研究（拉曼、核磁共振、原位OM和XPS）和理論計(jì)算（DFT、MD）表明CEA在改進(jìn)電極性能方面具有雙重作用：一方面，CEA與Na⁺具有很強(qiáng)的親和力并有效地調(diào)節(jié)去溶劑化動(dòng)力學(xué)，導(dǎo)致均勻的Na成核/生長。

另一方面，所得的Na⁺/CEA配合物具有強(qiáng)路易斯酸特性，因此易于吸引陰離子從而形成富含陰離子的溶劑化鞘和富含NaF的SEI。

圖1. CEA-0/CEA-5電解液中的Na沉積形態(tài)和相應(yīng)的SEI結(jié)構(gòu)

因此，基于CEA-5電解液的Na|Cu電池在1 mA cm^-2下超過一年（對(duì)應(yīng)于4400次循環(huán)）的平均CE達(dá)到 99.95%。即使在高放電深度（75%）下，Na|Cu電池的平均CE也超過了99.95%且循環(huán)穩(wěn)定性超過3000小時(shí)，超過了以往報(bào)道的大多數(shù)工作。

同時(shí)，基于CEA-5電解液的Na|Na對(duì)稱電池在5 mAh cm^-2的高循環(huán)容量下顯示出6000小時(shí)的壽命。

此外，這種概念很容易應(yīng)用于鋅金屬電池，在N/P容量比為5:1、含CEA的條件下組裝的Zn|VS₂全電池在1 A g^-1下900次循環(huán)后具有96.9 %的高容量保持率，而未添加CEA的電池在380個(gè)循環(huán)后會(huì)出現(xiàn)快速容量衰減?？傊?，這項(xiàng)工作為通過同時(shí)調(diào)整成核行為和界面化學(xué)來構(gòu)建穩(wěn)定的金屬電池提供了機(jī)會(huì)。

圖2. CEA對(duì)鋅金屬電池穩(wěn)定性的影響

A Dual-Function Additive to Regulate Nucleation Behavior and Interfacial Chemistry for Ultra-Stable Na Metal Anodes beyond One Year, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202210206