​华科Adv. Sci.：超高氮含量碳纳米片宿主助力高稳定钠金属负极

钠金属具有1165 mAh g^-1的高理论比容量，是钠电池的终极负极，然而如何处理钠沉积过程中的不均匀枝晶钠沉积以及钠金属负极无限的相对尺寸变化仍然是一个挑战。

图1. 材料制备及表征

华中科技大学方淳、孙世雄、林亚庆等提出了一种易于制备的二维N掺杂碳纳米片（N-CSs）作为钠金属电池（SMBs）的钠宿主材料，以防止枝晶的形成并消除循环过程中的体积变化。

首先，实验和理论计算表明，N-CSs的高N掺杂含量有助于降低钠成核过电位，并引导均匀和致密的钠金属沉积，而不是枝晶生长。

第二，卷曲和堆叠的二维结构N-CSs提供了足够的空间来容纳沉积的钠金属，并消除了循环金属钠负极的无限的相对尺寸变化。

第三，N-CSs可以很容易地通过传统的商业电池电极涂层设备连续加工成N-CSs/Cu电极，为大规模工业应用铺平道路。

第四，结合非原位SEM、非原位TEM、原位光学视频和原位XRD的结果，N-CSs/Cu电极消除了钠金属负极在钠循环过程中的无限的相对尺寸变化。

图2. 半电池性能

由于有丰富的成核点和足够的沉积空间，N-CSs/Cu电极在2 mA cm^-2的电流密度下表现出超过1500小时的循环稳定性，具有超过99.9%的高库仑效率和超低的成核过电位。与近年来的几种碳基材料比较可以发现，这项工作在较大的沉积电流和容量下显示出更出色的循环稳定性。

总体而言，零体积膨胀和无枝晶的N-CS/Cu电极为实现高性能的SMB提供了一个切实有效的电池解决方案，并刺激了未来SMB的进一步大规模利用。

图3. NNMO基全电池性能

Ultrahigh Nitrogen Content Carbon Nanosheets for High Stable Sodium Metal Anodes. Advanced Science 2023. DOI: 10.1002/advs.202206845