​南科大黄立民AFM：双功能添加剂实现循环超过一年的超稳定钠金属负极

钠（Na）金属负极存在枝晶形成和可逆性差的问题，这主要是由不均匀的成核/生长和脆弱的固体电解质界面（SEI）引起的，这阻碍了其商业应用。

优化成核行为或SEI特征可改善Na沉积/剥离过程，但其长期循环稳定性仍然是一个巨大的挑战，因为这些问题没有在单个方法中得到充分优化/解决。

在此，南方科技大学黄立民教授等人提出将双功能冠醚添加剂（CEA）引入常规的NaPF₆-二甘醇二甲醚电解液（记为CEA-X，X为CEA的质量百分比）以同时规避上述挑战。CEA主要是指由几个醚基组成的环状化合物，广泛用于检测和回收离子，尤其是碱金属离子。

目前，已有报道称CEA可稳定锂金属负极。作者通过实验研究（拉曼、核磁共振、原位OM和XPS）和理论计算（DFT、MD）表明CEA在改进电极性能方面具有双重作用：一方面，CEA与Na⁺具有很强的亲和力并有效地调节去溶剂化动力学，导致均匀的Na成核/生长。

另一方面，所得的Na⁺/CEA配合物具有强路易斯酸特性，因此易于吸引阴离子从而形成富含阴离子的溶剂化鞘和富含NaF的SEI。

图1. CEA-0/CEA-5电解液中的Na沉积形态和相应的SEI结构

因此，基于CEA-5电解液的Na|Cu电池在1 mA cm^-2下超过一年（对应于4400次循环）的平均CE达到 99.95%。即使在高放电深度（75%）下，Na|Cu电池的平均CE也超过了99.95%且循环稳定性超过3000小时，超过了以往报道的大多数工作。

同时，基于CEA-5电解液的Na|Na对称电池在5 mAh cm^-2的高循环容量下显示出6000小时的寿命。

此外，这种概念很容易应用于锌金属电池，在N/P容量比为5:1、含CEA的条件下组装的Zn|VS₂全电池在1 A g^-1下900次循环后具有96.9 %的高容量保持率，而未添加CEA的电池在380个循环后会出现快速容量衰减。总之，这项工作为通过同时调整成核行为和界面化学来构建稳定的金属电池提供了机会。

图2. CEA对锌金属电池稳定性的影响

A Dual-Function Additive to Regulate Nucleation Behavior and Interfacial Chemistry for Ultra-Stable Na Metal Anodes beyond One Year, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202210206