中大新聞網訊（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展均面臨嚴重的安全問題。最根本的原因是高活性的鋰金屬、鈉金屬極易與電解液發生反應，在其表面形成一層厚而疏松的固體電解質膜，尖端效應導致金屬離子在凸起處積聚，進而不均勻沉積，產生枝晶，刺穿隔膜，最終電池短路引發起火爆炸事故。該問題嚴重阻礙了這類金屬電池的實際應用。通過電解質工程誘導鋰、鈉金屬均勻沉積以及抑制副反應，是提高這類金屬電池安全性和循環穩定性的有效策略。中山大學材料科學與工程學院雷丹妮教授、王成新教授團隊前期分別通過設計有機電解液的組分以及復合凝膠聚合物電解質結構，調控鋰離子的傳輸和沉積行為，成功抑制了鋰枝晶生長，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，該團隊針對鈉金屬負極所面臨的瓶頸，利用室溫原位置換反應在鈉金屬表面可控制備了一種獨特的修飾層。在修飾層底部的Ag納米粒子可以作為有效的成核位點，誘導Na+均勻沉積。而修飾層內部的Ag納米粒子與鈉金屬之間由于具有電勢差，形成的內建電場會加快Na+在人工界面層中的遷移速率，減小電極極化，進而抑制副反應。這些協同作用使修飾后的鈉金屬負極在非常苛刻的條件下穩定運行。特別是鈉金屬對稱電池可以在電流密度高達10 mA cm?2的條件下，可逆剝離/沉積長達1000小時以上。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現穩定循環。該工作為構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的機理圖
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”為題在線發表在Weily旗下期刊Advanced Functional Materials上。論文共同一作分別是材料科學與工程學院2019級本科生謝俊杰（排名第一）、2019級博士生李振邦（排名第二）以及2022級碩士生鄭雪盈（排名第三），共同通訊作者是王成新教授及其團隊雷丹妮教授。材料科學與工程學院為論文唯一完成單位。該研究工作受到國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、中山大學高校基本科研業務費以及中山大學測試中心的大力支持。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202315309
