近日，环化学院射线应用研究所李珍研究员和王官耀副研究员合作在材料领域国际知名期刊《Advanced Functional Materials》上发表题为“In Situ Constructed Co/NaCl Mixed Ion/Electron-Conducting Interphase Enabling Dendrite-Free Sodium Metal Anodes”的研究论文。
钠金属负极因其极高的理论比容量（1166 mAh g−1）与低电化学还原电位（−2.73 V vs. SHE），在下一代高能量密度二次电池中展现出巨大应用潜力。然而，其高化学活性引发的枝晶生长、SEI膜不稳定以及剧烈体积膨胀等问题，严重制约了钠金属电池的实际应用。尽管已有电解液优化、人工SEI构建和三维集流体等策略被提出，但在兼顾界面稳定性、导电性及机械强度的同时实现钠金属电池的高倍率长寿命循环，仍面临极大挑战。
为此，研究团队提出一种原位构建的混合离子/电子导体（MIEC）人工界面层，通过CoCl2与金属钠的原位取代反应，生成了由Co纳米颗粒与NaCl纳米晶体组成的双相结构（记作Co/NaCl）。该界面层中的NaCl相提供优异的Na+迁移通道（扩散能垒仅为0.058 eV），而Co网络则具备优良的电子导电性与显著的亲钠性（吸附能为−5.98 eV），同时提升了界面的机械强度（杨氏模量为5.02 GPa），从而有效诱导钠的均匀沉积，抑制枝晶生长。得益于该MIEC人工SEI层的构建，钠金属负极在严苛电化学条件下展现出卓越的性能表现：Co/NaCl/Na||Cu半电池在5 mA cm−2/5 mAh cm−2条件下稳定循环1000圈，其平均库仑效率高达99.89%；对称电池在4 mA cm−2/4 mAh cm−2条件下持续运行1000小时，对应放电深度高达75%；全电池方面，与Na3V2(PO4)3正极匹配后，在8 C倍率下运行1000圈后仍保持82 mAh g−1的高容量。该原位构建的Co/NaCl界面层兼具高效的离子/电子传输能力与机械韧性等特点，为稳定钠金属负极提供了可规模化实现的新路径，对推动高比能钠金属电池的实用化具有重要意义。
Co/NaCl混合离子/电子导体抑制钠枝晶的示意图
我校博士研究生王艳为本文第一作者，李珍研究员、王官耀副研究员、扬州大学周文凤实验师和上海理工大学吴超教授为通讯作者，上海大学为第一完成单位和通讯单位。该研究得到了国家自然科学基金、上海市白玉兰人才浦江项目和上海市自然科学基金等项目的资助。
论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202508384
