综述：无过渡金属电极在可充电钠离子电池中的应用：可持续能源存储之路

这篇综述聚焦无过渡金属(TM-free)电极在钠离子电池(SIBs)中的前沿进展，系统阐述了其设计原理、功能机制及作为阴阳极的应用潜力。文章指出TM基电极存在反应动力学迟缓、结构稳定性差等问题，而无TM材料（如有机/碳基）可规避Jahn-Teller效应，降低碳足迹，为可持续储能提供新思路。

　　

Abstract

钠离子电池(SIBs)凭借钠资源丰富、快充能力、无钴阴极等优势，在储能领域崭露头角。尽管容量略低，但其安全运输性和环境友好性使其在新能源生态中占据独特地位。传统过渡金属(TM)基电极面临反应动力学迟缓、结构不稳定、Jahn-Teller效应导致的晶格畸变，以及氧可逆性差等瓶颈。此外，TM资源的过度开采引发供应链和碳足迹担忧。

TM-free电极的设计革新

无TM电极通过有机分子（如醌类、聚酰亚胺）和碳基材料（硬碳、石墨烯）构建，其氧化还原活性位点源于分子中的共轭体系或杂原子掺杂。例如，蒽醌衍生物通过C=O键的可逆烯醇化实现Na⁺存储，比容量可达250 mAh g^-1。碳基材料则通过层间距调控（如扩大至0.4 nm以上）优化Na⁺扩散动力学。

性能优化策略

针对有机材料的溶解问题，研究者采用聚合化（如共价有机框架COFs）或与碳基质复合提升稳定性。硬碳中闭孔结构的精准调控可显著提高首周效率（>85%）。分子工程方面，引入吸电子基团（如-SO₃）能提升氧化还原电位，而扩展π共轭体系可增强电子传导。

挑战与展望

当前无TM电极仍面临体积膨胀、电解质兼容性等问题。未来需结合原位表征（如operando XRD）和机器学习加速材料筛选。该领域的发展将为低成本、可持续储能提供关键技术路径，助力碳中和目标实现。

Conflict of Interest

作者声明无利益冲突。