郑州大学徐晶副教授联合悉尼科技大学汪国秀教授、孙兵研究员以及扬州大学王天奕副教授Nano Res.：钠金属负极研究工作的最新进展

第一作者：徐晶

通讯作者：汪国秀，孙兵，王天奕

Achieving high-performance sodium metal anodes: From structural design to reaction kinetic improvement

https://link.springer.com/article/10.1007/s12274-023-5889-2

尽管可充电锂离子电池是目前商业开发最成功的二次电池，在市场上占据主导地位。但由于含锂正极和石墨负极容量的限制，其能量密度无法满足电动汽车等储能领域的日益增长的高能量需求。碱（锂、钠、钾等）金属负极的应用，可以大幅度地提高电池的能量密度。而在这其中，金属钠具有高比容量（~ 1166 mAh·g−1），低还原电位（−2.71 V vs标准氢电极）以及高能量密度等优点。另外由于广阔且丰富的资源分布，钠负极具有很突出的低成本优势。因此，钠金属负极成为高性能可充电电池的理想负极之一。

然而，钠金属负极仍存在以下问题：（1）钠负极与电解液的副反应；（2）不受控制的钠枝晶生长；（3）不可避免的体积膨胀。这些问题相互影响，导致钠金属负极表现出库仑效率低、循环稳定性差、循环寿命短等问题。因此，解决这些问题是实现高性能钠金属负极的关键。对此，郑州大学徐晶副教授联合悉尼科技大学汪国秀教授、孙兵研究员以及扬州大学王天奕副教授，从物理结构设计到反应动力学调控，详细综述了钠金属负极研究工作的最新进展。

在该综述中，围绕钠金属负极存在的关键问题，分析了造成这些问题的主要原因，总结归纳了实现稳定钠金属负极的多种策略：界面工程、集流体设计以及改善钠沉积动力学方面的最新进展。首先讨论了在钠金属负极表面构建的各类保护层，包括高离子导电性无机层、柔性有机层和坚固的无机/有机混合层。然后总结了高导电性三维金属基框架、三维碳基框架、特别是具有“梯度亲钠”特性的三维复合材料框架，这些多孔三维集流体可以降低局部电流密度并为负极的体积变化提供足够的空间。最后介绍了通过合金层、纳米颗粒和单原子催化剂改善钠沉积动力学从而调节钠沉积和成核行为的最新进展。此外，作者还提出钠金属负极的未来研究方向和展望，将为高性能钠金属负极的应用提供参考。

徐晶，郑州大学，副教授，硕士生导师。研究方向为电动汽车动力电池、储能电池状态评估方法、新型储能电池体系。在SCIENCE ADVANCES、ADVANCED MATERIALS、AEM、ACS NANO、ESM等期刊发表SCI论文30余篇。主持国家自然科学基金、中国博士后特别资助等国家和省部级项目10余项。