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鈉(Na)金屬作為負極，由于其固有的高理論容量(1166 mAh g^-1)、低氧化還原電位(-2.71V vs 標準氫電極)，以及其低成本和廣泛的來源，是高能可充電池的最終選擇之一。然而，與枝晶相關的危害嚴重阻礙了其實際應用。Na枝晶的形成主要源于不受控制的Na沉積行為。因此，對于無枝晶金屬負極，采用適當的策略來均勻沉積Na似乎特別重要。

中國科學技術大學余彥、廣東工業大學芮先宏等首先討論了調節無枝晶Na負極均勻沉積的挑戰。然后，總結了調節Na均勻沉積策略的最新進展，包括調節固液界面附近的Na⁺通量和提高雙相界面的親鈉性。最后，詳細強調了對高能量密度鈉金屬電池實際應用進一步研究的觀點和重要因素。

圖1 無枝晶鈉金屬電池各種策略的示意圖

作者認為該領域的潛在方向和前景：

1)深入研究潛在的Na成核和Na枝晶形成機制。有必要在理論和實驗上進行深入研究。在此過程中，應考慮界面特性。此外，還應認真考慮SEI的結構和組成。

2)先進的原位表征技術。應該開發先進的原位表征技術，以跟蹤和實時監測Na成核、電化學/化學反應和枝晶形成。例如，原位TEM和SEM，可以實時捕獲成核、沉積、形態演化和動態結構變化。此外，原位XPS還可以探測化學/電化學反應和SEI形成過程中化學狀態和成分的演變。此外，由于Na的超高反應性，基于低溫的先進技術是一種有效的方法，它可以在不改變成分的情況下獲得Na負極和SEI層最真實的化學信息。通過將計算模擬與先進的原位表征技術相結合，可以全面了解Na成核、電化學/化學反應和枝晶形成的機制。

圖2 界面附近的Na⁺通量

3)為中小企業探索固態電解質(SSE)。SSE具有不易燃的特性和高機械強度以抑制Na枝晶生長，因此可以成為解決鈉金屬電池安全隱患有前途的解決方案。然而，一些挑戰也困擾著中小企業SSE的發展。例如，SSE的低離子電導率導致高界面阻抗，這會導致不均勻的Na沉積。此外，當前SSE和Na金屬負極之間的低兼容性導致接觸不足，這為枝晶的生長留下了空間。同時，由于SSE的致密性不足，Na枝晶將沿SSE的晶界生長，這是SSE在鈉金屬電池中實際應用的另一個挑戰。因此，對于中小企業SSE的未來發展，協作策略是必要的。例如，將Na成核策略與兼容的SSE相結合。

4)優化高能鈉金屬全電池。開發用于實際應用的高性能鈉金屬全電池至關重要，包括優化電解質和正極與金屬鈉之間的兼容性。例如，SEI層的化學成分主要取決于電解液溶劑、鹽和添加劑，因此調節電解液的成分以構建均勻、穩定和致密的SEI可以實現均勻的Na沉積、無枝晶生長和高CE。同時，需要具有高容量的正極（例如氧（或硫）正極）來集成高能全電池。然而，Na-O₂電池中的寄生反應和O₂穿越，以及Na-S電池中的多硫化物穿梭和嚴重的腐蝕現象，會嚴重降低全電池的整體性能。因此需要大量的努力來構建優良的正極。此外，要實現鈉金屬全電池的實際應用，鈉金屬負極、高容量正極和耐用電解液之間的兼容性應該是量身定制的。

圖3 均勻鈉沉積的不同策略總結

Homogeneous Na Deposition Enabling High-Energy Na-Metal Batteries. Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202110280

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中科大余彥/廣工芮先宏AFM：均勻的鈉沉積使高能鈉金屬電池成為可能

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