鈉金屬電池能量密度高、成本低，是大型儲(chǔ)能和動(dòng)力電池領(lǐng)域的新興明星。鈉金屬的應(yīng)用受到活性鈉金屬負(fù)極與電解液的副反應(yīng)、不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面以及鈉離子分布不均引起的枝晶生長等問題的阻礙。

中科大余彥、中南大學(xué)吳飛翔等通過原位和自發(fā)反應(yīng)在鈉金屬負(fù)極表面構(gòu)建了由多相氟化鈉和鈷(NaF/Co)組成的保護(hù)界面層。

圖1. 材料制備及表征

具體而言，高度分散的NaF/Co異質(zhì)界面層是通過在鈉和CoF₂納米粒子之間的孤立納米空間中的轉(zhuǎn)化反應(yīng)獲得的。與商業(yè)CoF₂前體相比，限制在多孔碳中的納米級CoF₂（≈20 nm）顆粒可以獲得更均勻的SEI界面。Co納米晶區(qū)隔離了NaF連續(xù)相結(jié)構(gòu)并提高了人工界面層的Na⁺電導(dǎo)率。

同時(shí)，嵌入Co納米顆粒的缺陷碳更親鈉，有利于降低成核過電位，促進(jìn)金屬鈉的均勻沉積。此外，NaF/Co的多相界面層具有化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性以及較高的楊氏模量（7.1 GPa），可確保長期循環(huán)穩(wěn)定性和安全性。

圖2. 半電池性能

由于這些優(yōu)勢，具有NaF/Co界面層的Na||Na對稱電池表現(xiàn)出較長的循環(huán)壽命（在1.0 mA cm^-2、1.0 mAh cm^-2下為1000小時(shí)）。此外，當(dāng)NaF/Co/Na負(fù)極與Na₃V₂(PO₄)₃正極匹配時(shí)，所獲得的全電池在15 C下具有1000次循環(huán)的長壽命和在60 C時(shí)具有≈52 mAh g^-1的高倍率容量。總之，這項(xiàng)工作為解決鈉金屬負(fù)極的枝晶生長提供了一種新策略。

圖3. 全電池性能

Heterogeneous Interfacial Layers Derived from the In Situ Reaction of CoF2 Nanoparticles with Sodium Metal for Dendrite-Free Na Metal Anodes. Advanced Energy Materials 2022. DOI：10.1002/aenm.202202323