举动改日储能编制中锂离子电池的有用替补计划，钠金属电池因为其高能量密度和丰裕的钠基资源而越来越受到人们的体贴。钠金属负极具有超高的表面容量（1166 mAh/g）,以及较低的氧化还原电位（-2.714 V Na+/Na vs. 规范氢电极）。然而，轮回进程中金属浸积的不屈均性和枝晶的变成拦阻了钠金属负极的进一步行使。文献中一经报道了应用碳骨架以减轻金属钠浸积/脱出进程中枝晶的变成。然而，分歧的碳布局特点（即孔隙与缺陷）所起的效率和联系机理还没有获得很好地认识，是以权且还无法进一步合理策画和斥地用于回护钠金属负极的高效碳骨架，从而拦阻了负极的可控界面工程。

克日，英国帝国理工学院Magdalena Titirici教讲课题组通过静电纺丝本领策画了一种以可再生原料（即木质素）举动先驱体的碳骨架，以揭示缺陷和孔隙正在金属浸积中的效率。当此种碳骨架行使于回护金属负极时，富缺陷、少孔隙的碳骨架浮现出了最佳的机能。正在轮回1200小时后，库仑效果保卫正在~99.9%，标明白缺陷关于诱导平均金属浸积的首要性。其它，课题组采用了优秀的表征手法和众标准模仿，进一步阐明白缺陷与孔隙对无枝晶界面的效率。最终，联合普鲁士蓝正极和硫正极，课题组拼装了全电池，为高机能钠金属电池的繁荣供给了少许指引。作品以“Homogenous metallic deposition regulated by defect-rich skeletons for sodium metal batteries”揭晓于国际出名学术期刊Energy & Environmental Science (IF:38.532)。

资料合成和电池创制的可连续性应从悉数本领周围研讨。这项琢磨使用了可再生和丰裕的资源，环保的水系纺丝手法，相对较低的碳化温度（仅700℃）和低本钱电解质，从而加强了电池的满堂可连续性和高机能。与其他可再生生物质分歧，木质素是自然植物中独一的清香族齐集物，是制纸工业的副产物，可能按每年7000万吨的速率提取。其它，少许木质素可消融于水，与少许低本钱齐集物（比方，聚氧化乙烯）和活化剂（比方，NaOH）可变成水性可纺溶液用于静电纺丝。其它，木质素具有较高的碳含量和较低的灰分含量。这些成分都使得木质素成为碳纳米纤维骨架的理思先驱体。其它，这种简明的手法可能准确调理碳纳米纤维骨架的微观布局。

作品中，半电池起首被用于电化学测试。正在电位-容量弧线中可能侦查到电位消浸（<0 V vs Na+/Na），随后是代表钠浸积进程的电位平台区（图2a）。钠成核过电位可能通过电位消浸的底部值安宁台区电位值之间的差值确定。较小的初始成核过电位代表须要治服较低的成核势垒，从而有助于确定基底的亲钠性子。与其他商用基底比拟，本文的碳骨架永远显示较小的初始成核过电位（图2b），这意味着无论正在何种电解液中，碳骨架的亲钠机能都比其他基底好得众。其它，L700（木质素正在700℃碳化所得碳骨架）的初始成核过电位最小，标明L700的亲钠机能最好。同时正在对称电池中，钠金属和L700的复合电极的倍率和轮回机能也是最佳的 (图2c和2d)。

图2. a) L700、L1100和L1500上钠金属浸积的初始成核过电位弧线；b) 分歧基底（铝、锡、镍、铜、L700、L1100和L1500）正在1.0 mA cm-2下钠金属浸积的成核过电位总结；c) 正在分歧电流密度下，钠和碳骨架复合所得复合电极正在对称电池中的倍率机能；d) 轮回机能。

图3.轮回进程中应用和不应用碳骨架的钠金属浸积/脱出的机理示贪图（SEI：固体电解质界面膜）。

为了杀青碳达峰、碳中和的目的，离不开高机能、耐用、平安、可连续和价钱合理的电池的繁荣。正在这项琢磨中，可连续碳骨架可能独立举动柔性基体来回护金属钠负极。联合优秀表征和众标准模仿以剖析百般碳布局特点正在电化学进程中的效率。正在钠金属负极的制备进程中，独立的碳骨架通过领导钠离子和节制体积蜕化来安靖金属浸积的进程，从而正在碳上变成耐用的钠金属簇，最终变成耐用的钠金属和碳复合负极。复合负极仅含少量金属钠，正在低浸金属本钱的同时，可能避免应用集流体（铜箔或铝箔），从而进步电池的重量能量密度和体积能量密度。同时，小的钠团簇可能进一步平均地领导离子流，从而避免不屈均浸积。这种策画可能称为“anode-less” 钠金属电池。采用普鲁士蓝正极和硫正极，全电池的能量密度可划分抵达384.0和567.2 Wh/kg（基于正极和负极的有用质地），与优秀的锂离子电池比拟具有很强的角逐力。举动观点的发轫声明，所取得的钠金属电池得胜地展现了其举动柔性或布局储能器件正在电动汽车和大周围电网中的行使潜力，由于它们可能规避平安隐患，同时浮现出高能量密度。

正在这项作事中，先容了应用可再生先驱体例备碳纳米纤维骨架，以及其举动回护金属钠负极的基体。同时，策画并斗劲了碳骨架的可调微布局，以剖析百般碳布局特点正在电化学进程中的效率。按照这项琢磨，碳骨架中的缺陷正在诱导平均金属浸积方面比孔布局阐明出了更首要的效率。通过联合优秀表征和众标准模仿，对界面地步、SEI因素和正在分歧电解质中的钠金属浸积活动有了根本的剖析。碳布局中的缺陷可能通过鼓舞与钠离子的互相效率来加强碳骨架的亲钠机能。除了优异的机能目标外，悉数本领进程研讨了资料合成和电池创制的可连续性。总之，该工举动可连续碳骨架中缺陷诱导金属浸积/脱出的机理供给了新的观点，这对以来钠金属电池的合理策画具有必定旨趣。正在改日，有两个要紧题目须要处置。一个是钠电池正极的厘正，另一个是正在软包电池中进一步优化这一策画。

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