5 月 12 日消息，據中國科學院之聲消息，近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所設計了三維多孔碳支撐的超薄鈉負極結構，賦予鈉負極快速的離子傳輸和電荷轉移動力學，緩解了局部電荷積累，實現了無枝晶的鈉沉積。

　　相關研究成果以 Sodium-Ion Pump Enhanced Composite Sodium Anode Toward Fast-Charging and Practical N / P Ratio Solid-State Sodium Metal Batteries 為題，發表在《先進能源材料》(Advanced Energy Materials)上。

　　據介紹，固態鈉電池兼具資源豐富、安全性高、比能量高等特點，因此被認為是最具應用前景的新型儲能技術之一。然而，固態鈉電池在應用中面臨諸多挑戰，如鈉金屬負極與固態電解質之間的固-固接觸導致高界面電阻和鈉枝晶的形成，降低了鈉的利用率，損害了電池的循環穩定性;商業化制造的鈉箔厚度大多在 50μm 以上，較高的 N / P 比難以提供額外的容量，造成電池比能量的降低等。

　　針對上述問題，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員溫兆銀和吳相偉團隊設計了三維多孔碳支撐的超薄鈉負極結構，即在 NASICON 型電解質表面構建由金屬有機框架 ZIF-8 / ZIF-67 衍生的三維多孔碳支撐層(NCC)作為界面修飾層。研究利用孔道的毛細作用改善熔融鈉在固體電解質表面的潤濕特性，并通過優化 NCC 厚度調控金屬鈉電極的厚度。

　　同時，研究利用碳材料的儲能特性，在界面層中形成具有高離子擴散系數和良好導電性的鈉化碳，并在電化學反應過程中充當鈉離子泵，形成三維的離子 / 電子混合導電網絡，賦予鈉負極快速的離子傳輸和電荷轉移動力學，緩解了局部電荷積累，實現了無枝晶的鈉沉積。

　　實驗結果表明，對稱電池實現 3.5mA cm?2 的高臨界電流密度和 0.2mA cm?2 下 6000 h 的長循環壽命。同時，匹配 Na3V2 (PO4) 3 正極的全電池在 10C 下經歷 5100 次循環后展現出 90.2% 的高容量保持率，且使用有限鈉金屬負極與高面載量(17.3mg cm?2)的 Na3V2 (PO4) 3 正極組裝的固態鈉電池，在 N / P 比低至 1.05 的條件下，循環 100 次后的容量保持率高達 97%。

　　這一研究為設計實用化高能量密度和長循環壽命的固態鈉金屬電池奠定基礎。