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基于鈉金屬負極的可充鈉電池被認為是鋰電池的一種有前途的廉價替代品，能夠為固定和移動能量存儲提供高能量密度。然而，枝晶生長、不穩定的固體電解質界面（SEI）和鈉的高反應性帶來的主要挑戰嚴重阻礙了鈉金屬負極的實際應用。

伊比利亞國際納米技術實驗室劉利峰等報道一種新穎的鈉金屬負極設計，該負極包含均勻嵌入雙連續、機械堅固3D人工SEI框架中的納米結構鈉金屬。

圖1 Na金屬負極的剝離過程

具體而言，受保護的鈉金屬負極是由富鈉Na₅₇K合金納米棒與聚四氟乙烯納米顆粒(PTFE)通過簡單的機械研磨工藝制成的，在此期間Na₅₇K合金會觸發PTFE的交聯反應，從而形成3D人造嵌入鈉金屬納米結構的SEI框架(PTFE@NaNR)。

鑒于PTFE衍生物的機械強度，PTFE@NaNR可以在反復脫鈉和沉積時保持出色的結構穩定性，以防止電極結構坍塌，同時消除對3D主體結構的需求。此外，連續的3D SEI框架包含來自PTFE脫氟產生的NaF和KF，從而實現負極內快速的離子傳輸并能更好地適應體積變化。

圖2 電化學性能

因此，PTFE@NaNR負極表現出優異的循環穩定性，在0.5 mA cm^-2下重復鈉沉積和剝離超過1400小時后，沒有發生枝晶誘導的失效，并且在更高的電流密度下仍表現出良好的循環性能，例如2和4 mA cm^-2。

此外，在以Na₃V₂(PO₄)₃為正極材料的全電池中進行測試時，即使在貧電解液中，在1 C、2 C和3 C循環450次后，電池容量保持率分別可達80.7%、76.5%和71.5%，從而顯示出在快速充電鈉金屬電池中使用的巨大希望。

圖3 循環期間電極形貌的演變

Non-collapsing 3D solid-electrolyte interphase for high-rate rechargeable sodium metal batteries. Nano Energy 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.106947

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