【研究背景】

　　钠金属电池因其资源丰富、成本低廉和高能量密度，被认为是下一代储能技术的重要发展方向。然而，钠金属负极在实际应用中面临诸多挑战，尤其是钠沉积不均匀、体积膨胀剧烈、副反应严重，以及“死钠”的积累问题。死钠的形成不仅降低了库伦效率，还会引发枝晶生长，导致电池性能迅速衰减甚至失效。因此，如何构筑高效的亲钠骨架，实现钠的均匀沉积与可逆剥离，是推动钠金属电池研究发展的关键。

　　【工作简介】

　　近日，三峡大学杨学林教授联合西安理工大学李喜飞教授和深圳大学王任衡副教授，在国际顶级期刊ACS Nano (影响因子：16.1) 上发表题为“Dead Sodium Suppression Enabled by Sodiophilic Alloy-Seeded Carbon Scaffolds for Stable Sodium Metal Batteries”的研究成果。该工作设计了一种三维多功能钠金属负极骨架，该骨架由葫芦状氮掺杂碳纳米纤维和石榴状多孔ZnNi合金颗粒复合而成（Zn/Ni@NCF）。研究表明，ZnNi合金颗粒具有强亲钠性，能够显著降低钠的成核过电位（低至8 mV），并引导钠均匀沉积在纤维内部和表面。同时，合金内部的孔隙结构提供了充足的缓冲空间，有效抑制了死钠的形成和枝晶生长。理论计算与原位/非原位表征进一步揭示，该结构通过协同调控离子流分布和沉积行为，实现了钠的高度可逆沉积/剥离。电化学测试表明，Zn/Ni@NCF电极在对称电池中稳定循环超过3200小时，库伦效率平均高于99.6%。与NFM正极匹配的全电池在1C下循环200圈后容量保持率高达90.4%。此外，组装的无负极软包电池在高电流密度下仍表现出优异的容量和稳定性，展示了该策略在实际应用中的潜力。

　　【要点解析】

　　要点一：通过溶剂热法合成ZnNi前驱体，再结合静电纺丝和热还原，成功制备出ZnNi合金均匀嵌入氮掺杂碳纤维的三维自支撑骨架。

　　图1. Zn/Ni@NCF的制备流程与结构表征。

　　要点二：Zn/Ni@NCF表现出低的钠成核过电位（8 mV）和超高的库伦效率（>99.6%），且在不同电流密度和面容量下均展现出优异的循环稳定性。

　　图2. Zn/Ni@NCF的钠沉积/剥离性能。

　　要点三：ZnNi合金颗粒对钠具有强的吸附能力，COMSOL模拟与原位光学显微镜观察进一步证实其能均匀化钠离子流，抑制枝晶生长。

　　图3. 亲钠性分析与沉积行为模拟。

　　要点四：Zn/Ni@NCF在循环后表面无死钠残留（远胜对照组），且合金结构保持完好，显示出极高的结构稳定性与可逆性。

　　图4. 循环后Zn/Ni@NCF的结构与成分分析。

　　要点五：对称电池中，Zn/Ni@NCF-Na电极在1 mA cm-2下稳定循环超过3200小时，极化电压仅约24 mV，性能优于大多数已报道的钠金属负极。

　　图5. 对称电池性能对比。

　　要点六：贫钠全电池在1C下循环200圈容量保持率高达90.4%，同时无负极软包电池在1C下循环100圈后容量保持率达84%，展示了良好潜力。

　　图6. 全电池与软包电池性能。

　　【结论】

　　本研究成功设计并构建了一种由亲钠ZnNi合金颗粒和氮掺杂碳纤维组成的多功能三维自支撑骨架（Zn/Ni@NCF），显著提升了钠金属负极的循环稳定性和可逆性。该结构通过强亲钠性、均匀离子流调控和空间限域效应，有效抑制了死钠和枝晶的形成。结合理论计算和多尺度表征，揭示了其优异性能的内在机制。最终，基于Zn/Ni@NCF的全电池和软包电池展现出较佳的倍率能力和循环稳定性，为高稳定钠金属电池的实用化提供了新的设计思路。

　　原标题：《【复材资讯】三峡大学杨学林&西安理工大学李喜飞&深圳大学王任衡ACS Nano：亲钠合金籽修饰碳骨架抑制“死钠”助力高稳定钠金属电池》

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