拓扑绝缘体调控界面化学构建超稳定无枝晶钠金属电池

为解决钠金属电池(SMBs)中电解质/电极界面不稳定和钠枝晶不可控生长的难题，研究人员通过选择拓扑绝缘体Bi2Se3作为钠离子(Na+)传输调控剂，原位构建了Na3Bi/Na2Se多功能异质界面层。该设计实现了2100小时超长循环寿命和14mV超低电压滞后，为高稳定性钠金属电池开发提供了新思路。

　　

金属钠(Na)凭借超高理论容量和天然丰度成为钠金属电池(SMBs)的理想负极材料，但界面不稳定和钠枝晶生长问题严重制约其实际应用。这项研究巧妙利用拓扑绝缘体硒化铋(Bi₂Se₃)的表面导电特性，通过其与金属钠的原位转化/合金化反应，构建了由钠铋合金(Na₃Bi)和硒化钠(Na₂Se)组成的多功能异质界面层。该界面层展现出优异的亲钠性和离子电导率，能促进Na⁺快速扩散并引导钠均匀沉积。实验数据显示，Bi₂Se₃-Na对称电池在1mA cm^-2/1mAh cm^-2条件下实现了2100小时超长循环，电压滞后仅14mV。更令人振奋的是，Bi₂Se₃-Na||Na₃V₂(PO₄)₃(NVP)全电池在20C高倍率下循环1500次后容量保持率高达93.7%，而无负极设计的Bi₂Se₃-Cu||NVP电池在1C条件下100次循环后仍保持75.1mAh g^-1的优异性能。这项研究为开发高稳定性钠金属电池提供了创新性的界面工程策略。