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作為鋰金屬負(fù)極的低成本替代品，鈉金屬負(fù)極在高能電池中的應(yīng)用越來越受到關(guān)注。盡管為提高鈉金屬電極的可逆性和循環(huán)壽命進(jìn)行了廣泛的研究，但它們的倍率性能，即在高電流下鈉金屬的電化學(xué)沉積和剝離，尚未得到充分的研究。

美國耶魯大學(xué)王海梁、賓夕法尼亞大學(xué)Joseph S. Francisco等人報(bào)道與更廣泛研究的鋰金屬電極（可以承受高達(dá)20 mA/cm²的高電流密度）不同，鈉金屬電極不能在常用醚類電解液中快速充電或放電。

快速充電，即金屬沉積，存在將電解液分解成電化學(xué)惰性Na(I)固體物種的嚴(yán)重副反應(yīng)?？焖俜烹姡唇饘賱冸x，會(huì)因局部Na去除而失效，這會(huì)破壞與集流體的電接觸。雖然快速充電失效是永久性的，但快速放電造成的容量損失可以通過在低放電電流下重建電氣連接而恢復(fù)。

圖1 Na金屬電極的倍率性能測試

密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，與Li相比，Na的不利剝離行為源于其較低的表面能和剝離能。當(dāng)以高速率充電時(shí)，沉積的Na中含有大量電解液分解產(chǎn)生的永久性非活性鈉物種，導(dǎo)致電極失效。在此基礎(chǔ)上，作者提出可以考慮采用三維電極制備和電解液工程等方法來提高鈉金屬電極的倍率性能。

圖2 Na的沉積/剝離SEM圖像

Mechanistic Insights into Fast Charging and Discharging of the Sodium Metal Battery Anode: A Comparison with Lithium. Journal of the American Chemical Society 2021. DOI: 10.1021/jacs.1c06794

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耶魯/賓大JACS: 鈉金屬電極不能在常用醚類電解液中快速充放電

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