Advanced Energy Materials:构建三维管状亲钠载体实现超高比容量、超长稳定性钠金属负极

钠金属(Na)凭借其高的理论比容量(1166 mAh g-1)和低的氧化还原电位(-2.714 V vs. SHE),特别是在地壳丰度等方面的优势,被认为是下一代比较有竞争力的新型高能量密度电池体系之一。然而,枝晶形成和低库伦效率等问题严重限制了其实际应用。因此,如何在电池循环过程中促进钠金属的均匀沉积、抑制钠枝晶的生长,是推进钠金属电池实际应用的关键。

椰子是一种常见的热带水果,世界每年的椰果产量达6000多万吨。目前,只有椰子的内果皮(椰壳)被制成活性炭,实现了产业化利用。但是中果皮椰衣(约占椰子体积的1/2)大部分被当作生活垃圾遗弃,不仅带来了环境污染,还严重浪费了资源。

烟台大学环境与材料工程学院孙建超、姜付义研究团队首次使用生物质废料椰衣通过高温碳化的方法制备了稳定的三维含氧碳化椰衣框架(O-CCF)作为金属钠沉积载体,有效调节钠的成核过程并促进钠的均匀沉积,实现电池的无枝晶超长稳定循环。

在三维管状结构和氧官能团的相互作用下,在非对称电池中,当面积容量为10 mAh cm-2,电流密度为5 mA cm-2时可以稳定循环1000圈,库伦效率为99.6 %;在对称电池中,当面积容量为1 mAh cm-2,电流密度为50 mA cm-2时可以稳定循环10000圈。

该文章证明了具有三维管状结构的O-CCF可以有效调控Na的成核行为,抑制Na枝晶的生长,实现电池的超长稳定循环。为安全的Na金属负极的制备提供了一种有效方法。相关论文在线发表在Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.202003699)上。