文章信息
原位构建亲钠成核位点和氟化钠保护层实现超稳定钠金属负极
第一作者：赵铃飞
通讯作者：王云晓*，曹余良*，吴超*，侴术雷*
单位：澳大利亚伍伦贡大学，武汉大学，上海大学，温州大学
研究背景
钠金属负极以其较高的能量密度和较低的工作电压，成为下一代高能能量密度电池体系的理想选择。然而钠金属负极存在的一些挑战，如界面稳定性差，死钠及钠枝晶生长等问题，一直阻碍钠金属负极的实际应用。设计三维导电网络，构建稳定的SEI膜，引入亲钠成核位点都被证明是行之有效的解决办法。然而单独使用这些策略，对钠金属负极稳定性的提高非常有限。
文章简介
基于此，来自伍伦贡大学的王云晓高级研究员与温州大学的侴术雷教授、武汉大学的曹余良教授，上海大学的吴超教授等合作，在国际知名期刊AdvancedEnergyMaterials上发表题为“InSituPlatingofMgSodiophilicSeedsandEvolvingSodiumFluorideProtectiveLayersforSuperiorSodiumMetalAnodes”的研究文章。
该文章设计了一种负载了MgF2纳米颗粒的石墨烯气凝胶作为钠金属集流体，巧妙地将三维导电网络、亲钠成核位点、富含NaF的稳定SEI膜结合在一起，通过三者的协同作用，显著的提高了钠金属负极的循环性能。
图1.MgF2
RGO气凝胶的合成示意图及其作为钠金属集流体的工作机理。本文要点
要点一：RGO超轻三维导电网络
构建三维导电网络可以增加电极的有效面积，从而减小钠金属沉积的有效电流密度，提高钠金属负极的循环稳定性。多孔金属材料因其优异的导电性也常被用作钠金属负极的集流体，然而他们一般价格较高，密度较大，在一定程度上降低了电极整体的能量密度和经济实用性。
本文通过超声剥离石墨烯，之后再通过水热组装，冷冻干燥以及烧结，实现了超轻的三维气凝胶结构，兼顾了优良的导电性，三维导电网络，和超轻的重量，从而可以实现高能量密度稳定钠金属负极的稳定循环。
要点二：Mg亲钠成核位点
通过Mg2+离子与氧化石墨烯表面官能团的静电相互作用，将MgF2纳米颗粒均匀的负载在超薄的石墨烯片层上。MgF2纳米颗粒可以在金属钠沉积的过程中，原位转化成Mg和NaF.其中，Mg因为与Na的合金化作用，可以作为亲钠的成核位点，引导钠金属均匀沉积在石墨烯片层上。
要点三：富含NaF的稳定界面层
原位生成的NaF可以参与构建稳定的SEI膜，从而保护沉积在三维集流体中的钠金属，避免副反应的进一步发生。通过三维导电网络，Mg亲钠成核位点，和NaF稳定SEI的协同作用，实现了钠金属负极长达h的稳定循环。
图2.钠金属在MgF2
RGO集流体上循环第1周沉积(a)，第周沉积(b)，和第周剥离(c)的SEM电镜照片，以及相应的示意图(d)。钠金属在RGO集流体上循环第1周沉积(d)，第周沉积(e)，和第周剥离(f)的SEM电镜照片，以及相应的示意图(g)。钠金属在Cu集流体上循环第1周沉积(i)，第周沉积(j)，和第周剥离(k)的SEM电镜照片，以及相应的示意图(l)。比例尺20μm.要点四：前瞻
三维集流体设计，是一种行之有效的提高钠金属负极循环稳定性的方法。然而集流体作为非活性物质，其占整个电极的质量和体积应该越少越好。集流体在提高钠金属负极稳定性的同时，应该不牺牲整个电极的体积/质量能量密度。
因此钠金属负极集流体的设计，应该向轻质、多功能方向考虑。此外，集流体对于钠金属负极循环性能的提高有限，钠金属负极循环稳定性差的本质是不稳定的SEI及持续发生的副反应。因此，钠金属的界面稳定性应该得到更多的