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南開化學(xué)百年獻(xiàn)禮！焦麗芳AEM: 調(diào)節(jié)無枝晶鈉金屬負(fù)極的鈉離子沉積行為

構(gòu)建具有優(yōu)異電化學(xué)性能和長循環(huán)壽命的無枝晶鈉金屬負(fù)極對(duì)于鈉金屬電池（SMB）的實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要，其中一種可行的方法是設(shè)計(jì)具有親鈉性的3D骨架。

在此，南開大學(xué)焦麗芳教授等人以密度低、價(jià)格低且易于獲得的互連3D碳骨架作為研究對(duì)象，通過DFT計(jì)算評(píng)估了碳骨架上不同O、N官能團(tuán)的親鈉性。

結(jié)果表明，碳基質(zhì)上O、N官能團(tuán)的共存可以賦予強(qiáng)烈的親鈉性，并且可以將 Na 沉積行為調(diào)節(jié)為平面延伸。在 DFT 計(jì)算結(jié)果的指導(dǎo)下，作者使用親鈉的O和N官能團(tuán)制造了堅(jiān)固的3D碳納米纖維，這同時(shí)促進(jìn)了均勻的Na⁺分布和無枝晶結(jié)構(gòu)。

圖1. DFT建模及計(jì)算

因此，在Na||Na對(duì)稱電池中，穩(wěn)定的鈉金屬負(fù)極在1 mA cm^-2下實(shí)現(xiàn)了1600 h 的超長循環(huán)壽命，在4 mA cm^-2下實(shí)現(xiàn)了僅≈22 mV的過電位。

此外，Na-O₂電池和使用Na₃V₂(PO4)₃作為正極的鈉離子全電池都展示了優(yōu)異的電化學(xué)性能。這項(xiàng)研究為下一代高能 SMB 的實(shí)際應(yīng)用開辟了一條新途徑。

圖2. 鈉離子全電池示意圖及電化學(xué)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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