南开化学百年献礼！焦丽芳AEM: 调节无枝晶钠金属负极的钠离子沉积行为

2023年10月24日上午11:33 • 头条, 干货, 顶刊 • 阅读 3

构建具有优异电化学性能和长循环寿命的无枝晶钠金属负极对于钠金属电池（SMB）的实际应用至关重要，其中一种可行的方法是设计具有亲钠性的3D骨架。

在此，南开大学焦丽芳教授等人以密度低、价格低且易于获得的互连3D碳骨架作为研究对象，通过DFT计算评估了碳骨架上不同O、N官能团的亲钠性。

结果表明，碳基质上O、N官能团的共存可以赋予强烈的亲钠性，并且可以将 Na 沉积行为调节为平面延伸。在 DFT 计算结果的指导下，作者使用亲钠的O和N官能团制造了坚固的3D碳纳米纤维，这同时促进了均匀的Na⁺分布和无枝晶结构。

图1. DFT建模及计算

因此，在Na||Na对称电池中，稳定的钠金属负极在1 mA cm^-2下实现了1600 h 的超长循环寿命，在4 mA cm^-2下实现了仅≈22 mV的过电位。

此外，Na-O₂电池和使用Na₃V₂(PO4)₃作为正极的钠离子全电池都展示了优异的电化学性能。这项研究为下一代高能 SMB 的实际应用开辟了一条新途径。

图2. 钠离子全电池示意图及电化学性能

Regulating Deposition Behavior of Sodium Ions for Dendrite-Free Sodium-Metal Anode, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202101976

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