近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所取得了一項突破性進展，為固態鈉電池技術的發展注入了新的活力。該研究團隊設計了一種創新的三維多孔碳支撐超薄鈉負極結構，顯著提升了鈉離子電池的性能。
這項研究成果在《先進能源材料》期刊上發表，題為《面向快速充電及高N/P比固態鈉金屬電池的鈉離子泵增強型復合鈉負極》。研究指出，固態鈉電池以其資源豐富、安全性高及比能量高等優勢，被視為極具潛力的新型儲能技術。然而，實際應用中，固態鈉電池仍面臨諸多技術瓶頸。
具體而言，鈉金屬負極與固態電解質之間的固-固接觸導致了高界面電阻和鈉枝晶的形成，這不僅降低了鈉的利用率，還嚴重影響了電池的循環穩定性。商業化的鈉箔厚度普遍超過50μm，較高的N/P比限制了額外容量的提供，從而降低了電池的比能量。
為了克服這些挑戰，中國科學院上海硅酸鹽研究所的溫兆銀和吳相偉團隊開發了一種新型的三維多孔碳支撐超薄鈉負極結構。他們在NASICON型電解質表面構建了一層由金屬有機框架ZIF-8/ZIF-67衍生的三維多孔碳支撐層（NCC），作為界面修飾層。這一設計巧妙地利用了孔道的毛細作用，改善了熔融鈉在固體電解質表面的潤濕特性，并通過調整NCC的厚度來控制金屬鈉電極的厚度。
研究團隊還利用碳材料的儲能特性，在界面層中形成了具有高離子擴散系數和良好導電性的鈉化碳。這種鈉化碳在電化學反應過程中充當了鈉離子泵的角色，形成了三維的離子/電子混合導電網絡。這一創新結構賦予了鈉負極快速的離子傳輸和電荷轉移動力學，有效緩解了局部電荷積累，實現了無枝晶的鈉沉積。
實驗結果顯示，這種新型鈉負極結構在對稱電池中實現了3.5mA cm?2的高臨界電流密度，并在0.2mA cm?2的電流密度下展現了6000小時的長循環壽命。匹配Na3V2(PO4)3正極的全電池在10C倍率下經歷5100次循環后，仍保持了90.2%的高容量。尤為使用有限鈉金屬負極與高面載量（17.3mg cm?2）的Na3V2(PO4)3正極組裝的固態鈉電池，在N/P比低至1.05的條件下，循環100次后的容量保持率依然高達97%。
這一研究成果為設計實用化、高能量密度和長循環壽命的固態鈉金屬電池奠定了堅實的基礎，有望推動固態鈉電池技術的進一步發展，為新能源領域帶來新的突破。
