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構建具有優異電化學性能和長循環壽命的無枝晶鈉金屬負極對于鈉金屬電池（SMB）的實際應用至關重要，其中一種可行的方法是設計具有親鈉性的3D骨架。

在此，南開大學焦麗芳教授等人以密度低、價格低且易于獲得的互連3D碳骨架作為研究對象，通過DFT計算評估了碳骨架上不同O、N官能團的親鈉性。

結果表明，碳基質上O、N官能團的共存可以賦予強烈的親鈉性，并且可以將 Na 沉積行為調節為平面延伸。在 DFT 計算結果的指導下，作者使用親鈉的O和N官能團制造了堅固的3D碳納米纖維，這同時促進了均勻的Na⁺分布和無枝晶結構。

圖1. DFT建模及計算

因此，在Na||Na對稱電池中，穩定的鈉金屬負極在1 mA cm^-2下實現了1600 h 的超長循環壽命，在4 mA cm^-2下實現了僅≈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異的電化學性能。這項研究為下一代高能 SMB 的實際應用開辟了一條新途徑。

圖2. 鈉離子全電池示意圖及電化學性能

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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