中大新聞網(wǎng)訊（通訊員袁湛楠）具有高能量密度的鋰金屬電池和鈉金屬電池的發(fā)展均面臨嚴(yán)重的安全問(wèn)題。最根本的原因是高活性的鋰金屬、鈉金屬極易與電解液發(fā)生反應(yīng)，在其表面形成一層厚而疏松的固體電解質(zhì)膜，尖端效應(yīng)導(dǎo)致金屬離子在凸起處積聚，進(jìn)而不均勻沉積，產(chǎn)生枝晶，刺穿隔膜，最終電池短路引發(fā)起火爆炸事故。該問(wèn)題嚴(yán)重阻礙了這類(lèi)金屬電池的實(shí)際應(yīng)用。通過(guò)電解質(zhì)工程誘導(dǎo)鋰、鈉金屬均勻沉積以及抑制副反應(yīng)，是提高這類(lèi)金屬電池安全性和循環(huán)穩(wěn)定性的有效策略。中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院雷丹妮教授、王成新教授團(tuán)隊(duì)前期分別通過(guò)設(shè)計(jì)有機(jī)電解液的組分以及復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)結(jié)構(gòu)，調(diào)控鋰離子的傳輸和沉積行為，成功抑制了鋰枝晶生長(zhǎng)，獲得了高能量、高安全鋰金屬電池（Nature Communications, 2022, 13, 1297；Advanced Science, 2023, 10, 2205108）。

近期，該團(tuán)隊(duì)針對(duì)鈉金屬負(fù)極所面臨的瓶頸，利用室溫原位置換反應(yīng)在鈉金屬表面可控制備了一種獨(dú)特的修飾層。在修飾層底部的Ag納米粒子可以作為有效的成核位點(diǎn)，誘導(dǎo)Na+均勻沉積。而修飾層內(nèi)部的Ag納米粒子與鈉金屬之間由于具有電勢(shì)差，形成的內(nèi)建電場(chǎng)會(huì)加快Na+在人工界面層中的遷移速率，減小電極極化，進(jìn)而抑制副反應(yīng)。這些協(xié)同作用使修飾后的鈉金屬負(fù)極在非?？量痰臈l件下穩(wěn)定運(yùn)行。特別是鈉金屬對(duì)稱(chēng)電池可以在電流密度高達(dá)10 mA cm?2的條件下，可逆剝離/沉積長(zhǎng)達(dá)1000小時(shí)以上。匹配高載量磷酸釩鈉正極（20 mg cm?2）的鈉金屬全電池也能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定循環(huán)。該工作為構(gòu)建高性能鈉金屬電池提供了新思路。

表面改性抑制鈉枝晶生長(zhǎng)的機(jī)理圖

該工作于2024年1月9日以“Built-in Electric Field of In-situ Formed Artificial Interface Layer Induces Fast and Uniform Sodium-ions Transmission to Achieve a Long-term Stable Sodium Metal Battery under Harsh Conditions”為題在線(xiàn)發(fā)表在Weily旗下期刊Advanced Functional Materials上。論文共同一作分別是材料科學(xué)與工程學(xué)院2019級(jí)本科生謝俊杰（排名第一）、2019級(jí)博士生李振邦（排名第二）以及2022級(jí)碩士生鄭雪盈（排名第三），共同通訊作者是王成新教授及其團(tuán)隊(duì)雷丹妮教授。材料科學(xué)與工程學(xué)院為論文唯一完成單位。該研究工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、中山大學(xué)高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)以及中山大學(xué)測(cè)試中心的大力支持。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202315309