金属负极是Na-O₂电池等先进钠金属电池的关键部件。设计三维约束支架是构建无枝晶钠金属负极的一种很有前途的策略，但在大电流密度（>10 mA cm^-2）下实现循环稳定性仍极具挑战性。

近日，南开大学陈军院士，Zhenhua Yan设计了一系列新型轻质纤维状羟基Ti₃C₂（h-Ti₃C₂）MXene支架，具有阶梯式亲钠梯度结构（h-M-SSG），厚度可控（80~250 µm）。

文章要点

1）研究发现，支架的亲钠性能随h-Ti₃C₂含量的增加而变化，h-Ti₃C₂含量从上(电解质膜侧)到下依次递增。这种亲钠梯度结构可以有效地诱导钠离子优先沉积在底部，从而抑制枝晶的生长。

2）h-M-SSG/Na对称电池在高电流密度（40 mA cm^-2）和高截止容量（40 mAh cm^-2）下表现出较低的极化电压和较长的循环寿命。采用h-M-SSG/Na负极的Na-O₂电池在1000 mA g-1（相当于0.14 mA cm^-2）和1000 mAh g^-1（0.14 mAh cm^-2）下循环45次后，电池的低电位间隙仅为0.137 V。

这种沉积调控策略对高性能钠金属负极电池三维支架的设计有一定的启发作用。

参考文献

Xin He, et al, MXene–based metal anode with stepped sodiophilic gradient structure enables a large current density for rechargeable Na–O₂ batteries, Adv. Mater. 2022

DOI: 10.1002/adma.202106565

https://doi.org/10.1002/adma.202106565