鈉（Na）電池是比鋰離子電池（LIB）更環(huán)保和可持續(xù)的技術，鈉金屬電池 (SMB) 被認為有望實現(xiàn)高能量密度以超越LIB的成本效益。然而，由于鈉枝晶形成導致的復雜失效模型，鈉金屬負極的循環(huán)穩(wěn)定性面臨重大挑戰(zhàn)，尤其是在高循環(huán)容量下。

在此，香港理工大學鄭子劍教授等人報道了一種基于集流體的自調節(jié)合金界面的通用表面策略，以抑制Na枝晶的形成。沉積在集流體表面的NiSb在電鍍過程中與Na⁺反應，形成孤立的Na₃Sb納米島和連續(xù)的Ni基體。

納米尺寸的金屬Na首先沉積在親鈉的Na₃Sb域上，Na/Na₃Sb異質結構的內置電場阻礙了Na 的后續(xù)生長。取而代之的是，Na沉積在導電鎳基體的表面上，使鈉金屬層變平。

圖1. 使用合金界面的鈉金屬自調節(jié)機制

高容量 (10 mAh cm^-2) 鈉金屬負極可以在35 mV的低過電位下實現(xiàn)超過1000 小時的穩(wěn)定循環(huán)。當與高容量Na₃V₂(PO₄)₂F₃正極（7 mAh cm^-2）配合使用時，SMB 提供了前所未有的能量密度（基于所有電池組件計算），在富電解液中超過200 Wh kg^-1，或在貧電解液中超過230 Wh kg^-1。

無枝晶SMB還顯示出高循環(huán)穩(wěn)定性，每個循環(huán)的超過99.9% 的容量保持率以及95.8% 的超高能量效率。作者證明了這種自我調節(jié)機制是保護其他堿金屬負極（如鋰和鉀）的通用策略。

圖2. 高能量密度鈉金屬電池的電化學性能

Smoothing the Sodium-Metal Anode with a Self-Regulating Alloy Interface for High-Energy and Sustainable Sodium-Metal Batteries, Advanced Materials 2021. DOI：10.1002/adma.202102802