近日，中国科学院上海硅酸盐研究所取得了一项突破性进展，为固态钠电池技术的发展注入了新的活力。该研究团队设计了一种创新的三维多孔碳支撑超薄钠负极结构，显著提升了钠离子电池的性能。
这项研究成果在《先进能源材料》期刊上发表，题为《面向快速充电及高N/P比固态钠金属电池的钠离子泵增强型复合钠负极》。研究指出，固态钠电池以其资源丰富、安全性高及比能量高等优势，被视为极具潜力的新型储能技术。然而，实际应用中，固态钠电池仍面临诸多技术瓶颈。
具体而言，钠金属负极与固态电解质之间的固-固接触导致了高界面电阻和钠枝晶的形成，这不仅降低了钠的利用率，还严重影响了电池的循环稳定性。商业化的钠箔厚度普遍超过50µm，较高的N/P比限制了额外容量的提供，从而降低了电池的比能量。
为了克服这些挑战，中国科学院上海硅酸盐研究所的温兆银和吴相伟团队开发了一种新型的三维多孔碳支撑超薄钠负极结构。他们在NASICON型电解质表面构建了一层由金属有机框架ZIF-8/ZIF-67衍生的三维多孔碳支撑层（NCC），作为界面修饰层。这一设计巧妙地利用了孔道的毛细作用，改善了熔融钠在固体电解质表面的润湿特性，并通过调整NCC的厚度来控制金属钠电极的厚度。
研究团队还利用碳材料的储能特性，在界面层中形成了具有高离子扩散系数和良好导电性的钠化碳。这种钠化碳在电化学反应过程中充当了钠离子泵的角色，形成了三维的离子/电子混合导电网络。这一创新结构赋予了钠负极快速的离子传输和电荷转移动力学，有效缓解了局部电荷积累，实现了无枝晶的钠沉积。
实验结果显示，这种新型钠负极结构在对称电池中实现了3.5mA cm−2的高临界电流密度，并在0.2mA cm−2的电流密度下展现了6000小时的长循环寿命。匹配Na3V2(PO4)3正极的全电池在10C倍率下经历5100次循环后，仍保持了90.2%的高容量。尤为使用有限钠金属负极与高面载量（17.3mg cm−2）的Na3V2(PO4)3正极组装的固态钠电池，在N/P比低至1.05的条件下，循环100次后的容量保持率依然高达97%。
这一研究成果为设计实用化、高能量密度和长循环寿命的固态钠金属电池奠定了坚实的基础，有望推动固态钠电池技术的进一步发展，为新能源领域带来新的突破。
