鈉金屬電池能量密度高、成本低，是大型儲能和動力電池領域的新興明星。鈉金屬的應用受到活性鈉金屬負極與電解液的副反應、不穩(wěn)定的固體電解質界面以及鈉離子分布不均引起的枝晶生長等問題的阻礙。

中科大余彥、中南大學吳飛翔等通過原位和自發(fā)反應在鈉金屬負極表面構建了由多相氟化鈉和鈷(NaF/Co)組成的保護界面層。

圖1. 材料制備及表征

具體而言，高度分散的NaF/Co異質界面層是通過在鈉和CoF₂納米粒子之間的孤立納米空間中的轉化反應獲得的。與商業(yè)CoF₂前體相比，限制在多孔碳中的納米級CoF₂（≈20 nm）顆?？梢垣@得更均勻的SEI界面。Co納米晶區(qū)隔離了NaF連續(xù)相結構并提高了人工界面層的Na⁺電導率。

同時，嵌入Co納米顆粒的缺陷碳更親鈉，有利于降低成核過電位，促進金屬鈉的均勻沉積。此外，NaF/Co的多相界面層具有化學和電化學穩(wěn)定性以及較高的楊氏模量（7.1 GPa），可確保長期循環(huán)穩(wěn)定性和安全性。

圖2. 半電池性能

由于這些優(yōu)勢，具有NaF/Co界面層的Na||Na對稱電池表現(xiàn)出較長的循環(huán)壽命（在1.0 mA cm^-2、1.0 mAh cm^-2下為1000小時）。此外，當NaF/Co/Na負極與Na₃V₂(PO₄)₃正極匹配時，所獲得的全電池在15 C下具有1000次循環(huán)的長壽命和在60 C時具有≈52 mAh g^-1的高倍率容量。總之，這項工作為解決鈉金屬負極的枝晶生長提供了一種新策略。

圖3. 全電池性能

Heterogeneous Interfacial Layers Derived from the In Situ Reaction of CoF2 Nanoparticles with Sodium Metal for Dendrite-Free Na Metal Anodes. Advanced Energy Materials 2022. DOI：10.1002/aenm.202202323