鈉(Na)枝晶作為引發(fā)安全問題的罪魁禍首，已經制約了鈉金屬電池的實際應用。其根本原因是由于Na金屬負極的高活性，可不斷誘導界面副反應和Na枝晶生長，導致容量迅速劣化，庫侖效率低，甚至內部短路。

在此，南開大學焦麗芳教授團隊采用界面化學和結構工程相結合的方法報道了一種嵌入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的低過電位。

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

圖1. Sb@HPCNF的制備及結構表征

研究表明，仿生蓮藕樣多通道結構的三維柔性Sb@HPCNF框架具有梯度親鈉性，不僅能有效調節(jié)無枝晶Na沉積，還能顯著誘導Na穩(wěn)定、均勻、水平生長過程。基于含N/O官能團的界面修飾層可以極大地提高Na+的親和力，促進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，誘導均勻鍍Na和各向同性Na生長。具有Sb@HPCNF-Na電極的對稱電池在5 mA cm^?2下，以24 mV的低過電位在550 h內表現(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陽極的全電池在500 mA g^?1下可穩(wěn)定運行1000次以上，容量保持率高達93.7%，具有良好的長周期穩(wěn)定性和高倍率性能。總體而言，本文為構建具有梯度親鈉性的低成本、大規(guī)模和高性能3D復合框架以穩(wěn)定Na金屬負極提供了新的見解。

圖2. Sb@HPCNF-Na||Na₃V₂(PO₄)₃的電化學性能

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