鈉電池的研究始于1960年。高溫鈉硫電池首先被開(kāi)發(fā)出來(lái)。該電池采用熔融的金屬鈉作為負(fù)極，熔融的單質(zhì)硫作為正極，并采用具有鈉離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)作為隔膜。但由于其存在巨大的安全隱患，近些年來(lái)有關(guān)鈉電池的研究主要集中在降低電池的工作溫度上。在70年代末期和80年代初期，對(duì)常規(guī)鋰離子和鈉離子插層型材料的研究工作開(kāi)始引起全世界的關(guān)注。但是由于缺少合適的負(fù)極材料，鈉離子電池的商業(yè)化并沒(méi)有進(jìn)入到實(shí)質(zhì)階段。但由于鈉資源儲(chǔ)量豐富以及分布廣泛，鈉離子電池被認(rèn)為是未來(lái)大規(guī)模、低成本儲(chǔ)能系統(tǒng)的理想候選產(chǎn)品。自2009年以來(lái)，與鈉電池有關(guān)的論文數(shù)量有著顯著增長(zhǎng)。由于傳統(tǒng)的石墨負(fù)極材料的儲(chǔ)鈉性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于儲(chǔ)鋰性能。目前大多數(shù)研究活動(dòng)都致力于開(kāi)發(fā)高性能負(fù)極材料以提高鈉離子電池的能量密度。

最近，由于其較高的理論比容量（1166mAhg-1）和較低的電極電勢(shì)，科學(xué)人員的研究興趣重新集中在鈉金屬負(fù)極的研究上。采用金屬鈉為負(fù)極的電池，例如室溫鈉硫（Na-S）電池，室溫鈉氧（Na-O2）電池和室溫ZEBRA型鈉金屬鹵化物電池具有非常大的潛力成為新一代高比能量、低成本的儲(chǔ)能裝置。但目前關(guān)于鈉金屬負(fù)極的研究仍處于起步階段，其在電池充放電反應(yīng)過(guò)程中的復(fù)雜機(jī)理還沒(méi)有被完全了解。

為了在實(shí)際的可充電電池系統(tǒng)中有效使用鈉金屬負(fù)極，需要克服諸多挑戰(zhàn)。首先，抑制鈉枝晶的生長(zhǎng)可以提高電池的安全性能。其次，提高電極循環(huán)過(guò)程中的庫(kù)侖效率可以最大程度地減少所需金屬鈉的用量，從而降低材料成本，增加整個(gè)電池系統(tǒng)的能量密度。同時(shí)出色的循環(huán)性能可以延長(zhǎng)電池的使用壽命以滿(mǎn)足客戶(hù)的需求。

澳大利亞悉尼科技大學(xué)汪國(guó)秀教授課題組聯(lián)合德國(guó)吉森尤斯圖斯-李比希大學(xué)JürgenJanek教授課題組首先對(duì)鈉枝晶的生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。接下來(lái)總結(jié)了幾種被廣泛報(bào)道的抑制鈉枝晶生長(zhǎng)的策略，包括液體電解液優(yōu)化，電解液添加劑選擇，多孔集流體的設(shè)計(jì)，人工SEI膜的制備以及固態(tài)電解質(zhì)的應(yīng)用。最后，基于目前的研究現(xiàn)狀，作者對(duì)鈉金屬負(fù)極未來(lái)的研究方向進(jìn)行了展望。

相關(guān)論文以“DesignStrategiestoEnabletheEfficientUseofSodiumMetalAnodesinHigh‐EnergyBatteries”為題，在線(xiàn)發(fā)表在AdvancedMaterials上（DOI:10.1002/adma.201903891）。