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鈉金屬電池由于其高能量密度以及豐富的鈉基資源而引起越來越多的關注。然而，循環過程中不均勻的金屬沉積和枝晶形成阻礙了鈉金屬負極的應用。

文獻已經報道了碳骨架可以減輕金屬鈉電鍍和剝離過程中枝晶的形成，但不同碳結構特征（即孔與缺陷）和相關機制所起的作用尚不清楚，這阻礙了負極側的可控界面工程。

鑒于此，英國帝國理工學院Maria-Magdalena Titirici等人以木質素為可再生前體合理設計了可持續碳骨架的結構特征，以揭示缺陷和孔隙在金屬沉積中的作用。作者通過原子到宏觀尺度的多尺度模擬，并結合operando和非原位表征來加深對Na金屬沉積行為和電化學界面的基本理解。

在長時間循環（> 1200 小時）后，電鍍和剝離過程保持著高庫侖效率（~ 99.9 %），證明了碳材料中的缺陷在促進Na金屬的成核和沉積方面起著比孔隙更重要的作用。

圖1. 碳骨架的表征

此外，作者還發現將二甘醇與低成本、穩定的NaCF₃SO₃鹽相結合可以調節離子電導率，提高最低空位分子軌道能（LUMO），從而有利于Na金屬的均勻沉積。

更重要的是，結合不同類型的正極（例如普魯士藍和硫），這種3D結構的碳骨架通過改善電極中的離子和質量擴散，在減少電化學極化方面發揮了重要作用，因此具有增強的電化學性能的“無負極”鈉金屬電池在可持續性方面也得到了證明。這項研究為未來鋰離子電池技術以外的下一代儲能技術的改進鋪平了道路。

圖2. 鈉金屬沉積行為研究

圖3. 基于該3D碳骨架的對稱電池和全電池的電化學性能

Homogenous metallic deposition regulated by defect-rich skeletons for sodium metal batteries, Energy & Environmental Science 2021. DOI: 10.1039/D1EE01346G

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帝國理工EES: 富缺陷骨架調控的均質金屬沉積，用于鈉金屬電池

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