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王燁/徐俊敏/楊會穎ACS Nano：3D打印親鈉氣凝膠實現(xiàn)50mAh/cm2的穩(wěn)定鈉金屬負極！

金屬鈉具有理論容量高、成本低、資源豐富等特點，已成為鈉離子電池的理想負極材料。然而，金屬鈉負極的真正可行性仍然受到不可控的鈉枝晶問題的阻礙。鄭州大學王燁、徐俊敏、新加坡科技設計大學楊會穎等通過3D打印技術制備了一種人工三維分層多孔的親鈉V₂CT_x/rGO-CNT微網(wǎng)格氣凝膠，并進一步采用其作為金屬鈉的基體，以提供Na@V₂CT_x/rGO-CNT金屬鈉負極。

圖1. 3D打印V₂CT_x/rGO-CNT微網(wǎng)格氣凝膠電極的制備過程

這種3D打印的V₂CT_x/rGO-CNT微網(wǎng)格被證明是一種優(yōu)越的Na金屬負極的基體，其優(yōu)點如下：

(1)大的比表面積可以顯著降低電流密度，并為Na的沉積提供豐富的成核中心；

(2)3D打印的人工分級多孔結(jié)構不僅可以促進電解液的滲透，保證電解液和活性材料的緊密接觸，還可以大大改善離子傳輸速率，緩解電極體積膨脹；

(3)親鈉V₂CT_x MXene納米片與Na離子具有較高的結(jié)合能，可以有效提高Na成核和沉積穩(wěn)定性，這一點已被原位透射電子顯微鏡（TEM）、原位掃描電子顯微鏡（SEM）、原位光學顯微鏡和密度泛函理論（DFT）模擬結(jié)果所證實。

圖2. 不同電極上Na金屬沉積/剝離的電化學性能

受益于上述優(yōu)勢，V₂CT_x/rGO-CNT電極可在2 mA cm^-2、10 mAh cm^-2下產(chǎn)生超過 3000小時的優(yōu)異循環(huán)壽命，平均庫侖效率為99.54%。更有吸引力的是，它甚至可以在5 mA cm^-2和50 mAh cm^-2的超高面容量下穩(wěn)定運行超過900小時。

此外，將Na@V₂CT_x/rGO-CNT負極與 Na₃V₂(PO4)₃@C-rGO 正極配對的全電池可在100 mA g^-1下循環(huán)400次后提供 86.27 mAh g^-1的高可逆容量?？傊?，這項工作不僅闡明了親鈉性 V₂CT_x/rGO-CNT微網(wǎng)格氣凝膠電極上優(yōu)異的鈉沉積化學，而且還提供了一種通過3D打印方法制備先進鈉金屬負極的方法。

圖3. 全電池性能

3D-Printed Sodiophilic V2CTx/rGO-CNT MXene Microgrid Aerogel for Stable Na Metal Anode with High Areal Capacity. ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c01186

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