王烨/徐俊敏/杨会颖ACS Nano：3D打印亲钠气凝胶实现50mAh/cm2的稳定钠金属负极！

金属钠具有理论容量高、成本低、资源丰富等特点，已成为钠离子电池的理想负极材料。然而，金属钠负极的真正可行性仍然受到不可控的钠枝晶问题的阻碍。郑州大学王烨、徐俊敏、新加坡科技设计大学杨会颖等通过3D打印技术制备了一种人工三维分层多孔的亲钠V₂CT_x/rGO-CNT微网格气凝胶，并进一步采用其作为金属钠的基体，以提供Na@V₂CT_x/rGO-CNT金属钠负极。

图1. 3D打印V₂CT_x/rGO-CNT微网格气凝胶电极的制备过程

这种3D打印的V₂CT_x/rGO-CNT微网格被证明是一种优越的Na金属负极的基体，其优点如下：

(1)大的比表面积可以显著降低电流密度，并为Na的沉积提供丰富的成核中心；

(2)3D打印的人工分级多孔结构不仅可以促进电解液的渗透，保证电解液和活性材料的紧密接触，还可以大大改善离子传输速率，缓解电极体积膨胀；

(3)亲钠V₂CT_x MXene纳米片与Na离子具有较高的结合能，可以有效提高Na成核和沉积稳定性，这一点已被原位透射电子显微镜（TEM）、原位扫描电子显微镜（SEM）、原位光学显微镜和密度泛函理论（DFT）模拟结果所证实。

图2. 不同电极上Na金属沉积/剥离的电化学性能

受益于上述优势，V₂CT_x/rGO-CNT电极可在2 mA cm^-2、10 mAh cm^-2下产生超过 3000小时的优异循环寿命，平均库仑效率为99.54%。更有吸引力的是，它甚至可以在5 mA cm^-2和50 mAh cm^-2的超高面容量下稳定运行超过900小时。

此外，将Na@V₂CT_x/rGO-CNT负极与 Na₃V₂(PO4)₃@C-rGO 正极配对的全电池可在100 mA g^-1下循环400次后提供 86.27 mAh g^-1的高可逆容量。总之，这项工作不仅阐明了亲钠性 V₂CT_x/rGO-CNT微网格气凝胶电极上优异的钠沉积化学，而且还提供了一种通过3D打印方法制备先进钠金属负极的方法。

图3. 全电池性能

3D-Printed Sodiophilic V2CTx/rGO-CNT MXene Microgrid Aerogel for Stable Na Metal Anode with High Areal Capacity. ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c01186

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王烨/徐俊敏/杨会颖ACS Nano：3D打印亲钠气凝胶实现50mAh/cm2的稳定钠金属负极！

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