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作為鋰金屬負(fù)極的低成本替代品，鈉金屬負(fù)極在高能電池中的應(yīng)用越來(lái)越受到關(guān)注。盡管為提高鈉金屬電極的可逆性和循環(huán)壽命進(jìn)行了廣泛的研究，但它們的倍率性能，即在高電流下鈉金屬的電化學(xué)沉積和剝離，尚未得到充分的研究。

美國(guó)耶魯大學(xué)王海梁、賓夕法尼亞大學(xué)Joseph S. Francisco等人報(bào)道與更廣泛研究的鋰金屬電極（可以承受高達(dá)20 mA/cm²的高電流密度）不同，鈉金屬電極不能在常用醚類(lèi)電解液中快速充電或放電。

快速充電，即金屬沉積，存在將電解液分解成電化學(xué)惰性Na(I)固體物種的嚴(yán)重副反應(yīng)。快速放電，即金屬剝離，會(huì)因局部Na去除而失效，這會(huì)破壞與集流體的電接觸。雖然快速充電失效是永久性的，但快速放電造成的容量損失可以通過(guò)在低放電電流下重建電氣連接而恢復(fù)。

圖1 Na金屬電極的倍率性能測(cè)試

密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，與Li相比，Na的不利剝離行為源于其較低的表面能和剝離能。當(dāng)以高速率充電時(shí)，沉積的Na中含有大量電解液分解產(chǎn)生的永久性非活性鈉物種，導(dǎo)致電極失效。在此基礎(chǔ)上，作者提出可以考慮采用三維電極制備和電解液工程等方法來(lái)提高鈉金屬電極的倍率性能。

圖2 Na的沉積/剝離SEM圖像

Mechanistic Insights into Fast Charging and Discharging of the Sodium Metal Battery Anode: A Comparison with Lithium. Journal of the American Chemical Society 2021. DOI: 10.1021/jacs.1c06794

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耶魯/賓大JACS: 鈉金屬電極不能在常用醚類(lèi)電解液中快速充放電

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耶魯/賓大JACS: 鈉金屬電極不能在常用醚類(lèi)電解液中快速充放電

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