解码钠金属无负极电池成核动力学与图案化调控实现超长循环稳定性

来自国际团队的研究人员针对钠金属无负极电池的界面沉积难题，通过超微电极伏安技术揭示碳基底成核优势，并创新设计激光图案化集流体引导钠离子均匀通量。该研究实现了>3600次半电池循环和800次全电池循环（容量保持率>97%），为高能效钠金属电池提供新范式。

　　

实现钠金属无负极电池（sodium metal anode-less batteries）的稳定运行需深入理解金属沉积的初始阶段，该过程受界面能、离子传输（ion-transport）及局部电场梯度调控。本研究从基础出发，采用超微电极（ultramicroelectrodes）快速扫描伏安法解析钠在碳与铜表面的本征成核动力学（nucleation kinetics），发现碳基底不仅更易引发电镀，且在高扫描速率下仍保持部分可逆性。基于此，团队设计出激光图案化（laser-patterned）集流体，在铜表面构建空间限定的亲钠域（sodiophilic domains），引导钠离子通量均匀化并抑制枝晶失稳。实时光学成像与冷冻电镜（cryogenic electron microscopy）证实该图案引导钠横向生长并促进稳定固态电解质界面（solid electrolyte interphase, SEI）形成。分子动力学模拟揭示边缘缺陷与化学亲和力如何影响离子吸附与迁移，多物理场模型则验证边缘局域电场对离子通量的富集作用。该集成策略使电池获得卓越电化学耐久性：半电池循环超过3600次，全电池循环800次且容量保持率>97%，为新一代高效钠金属无负极电池指明方向。