以下文章来源于ACS材料X ，作者ACS Publications
英文原题：Building Fast Ion-Conducting Pathways on 3D Metallic Scaffolds for High-Performance Sodium Metal Anodes
通讯作者：李玮瑒，达特茅斯学院；丁书江，西安交通大学；胡小飞，西安交通大学
作者：Xuan Lu (卢轩), Hongyang Zhao (赵洪洋), Yanyang Qin (秦棪阳), Edward Matios, Jianmin Luo (罗剑敏), Ruochen Chen (陈若晨), Hu Nan (南虎), Bo Wen (文博), Yanan Zhang (张亚楠), Yuyang Li (李玉阳), Qiangrui He (何强锐), Xuetian Deng (邓雪甜), Jiande Lin (林建德), Kai Zhang (张凯), Hongkang Wang (王红康), Kai Xi (郗凯), Yaqiong Su (苏亚琼), Xiaofei Hu (胡小飞), Shujiang Ding (丁书江)，Weiyang Li (李玮瑒)
背景介绍
钠金属电池被认为是下一代大规模、低成本储能系统的理想候选体系。然而，钠金属负极在电化学循环过程中存在不稳定的固态电解质界面膜的形成、不可控的枝晶生长和无限的体积膨胀等问题，将导致电池性能的急剧恶化。近年来，引入三维多孔的导电骨架构成三维骨架-钠金属复合负极被证明可在一定程度上改善钠负极的循环稳定性。然而，在更大的电流密度和更高的面容量要求下维持长循环稳定性依然面临巨大挑战。这是因为电化学反应是涉及电子和离子共同参与的过程，在循环过程中，传统导电骨架的离子传输受限，使得电解质/骨架界面处参与电荷转移反应的钠离子通量远高于钠离子扩散到骨架中的通量，这导致钠离子在骨架外部被优先还原，因此钠金属更倾向于在三维复合电极的外部聚集沉积，而非均匀分布在三维复合电极内部，从而诱发钠枝晶形成并造成表面离子通道堵塞，致使三维骨架完全失效。
文章亮点
近日，西安交通大学丁书江教授和胡小飞教授团队与达特茅斯学院李玮瑒课题组在 ACS Nano 上合作发表了一项关于在商业化三维导电骨架上构建高效离子传输通路以实现钠离子快速迁移的研究。文中提出了一种新型的钠电镀三维骨架 (NiF2@NF)，由生长在泡沫镍（NF）上的中空氟化镍（NiF2）纳米碗构成。研究结果表明，在电镀过程中，钠离子可诱导NiF2发生相转变过程（NiF2+2Na++2e-→Ni+2NaF），这不仅有效降低了钠的成核势垒，并且在骨架表面形成了具有极低离子迁移能垒的富 NaF相 SEI 层，从而构建了三维互连离子传导通路，加速整个三维骨架中的 Na+转移，使 Na+通量得以均匀化，有利于Na金属在骨架内均匀、无枝晶地沉积。与未处理的 NF 和经氧化处理的NF（NiO@NF）进行对比，结果表明高度亲钠的 NiF2 修饰层和具有快离子传导能力的富 NaF相SEI 层对于实现可逆和稳定的 Na 金属负极至关重要。受益于这些特性，采用预沉积Na的 NiF2@NF (Na/NiF2@NF) 负极在对称电池和全电池中展现出优异的循环稳定性和倍率特性等电化学性能。
图1. NiF2@NF骨架的制备过程及物相表征。
图2. 钠金属在NiF2@NF骨架上的电镀过程特征分析及钠离子诱导NiF2的相转变过程（NiF2 →NaF）表征。
图3. 钠金属在三种骨架上的沉积形貌电镜图（平面、截面）。
图4. 三维骨架-钠金属复合负极在对称电池中的性能表现。
总结/展望
在实现三维导电骨架内均匀的钠电镀过程中，表面钠离子电导率和亲钠特性是不可或缺的关键因素。通过提出一种新型的钠电镀三维骨架 (NiF2@NF) ，调节了三维骨架中的均匀Na+ 通量，实现了高可逆性和长循环寿命的钠金属负极，即使在高电流密度和大面容量下也能保持良好性能。
相关论文近期发表在ACS Nano上，西安交通大学化学学院助理教授卢轩、助理教授赵洪洋、博士研究生秦棪阳为文章的共同第一作者，李玮瑒助理教授、丁书江教授与胡小飞教授为通讯作者。
通讯作者信息：
李玮瑒 达特茅斯学院
William P. Harris Career Development Assistant Professor，先后荣获NASA Early Career Faculty Award、AFOSR Young Investigator Award、NSF Career Award、 Camille Dreyfus Teacher-Scholar Award等荣誉。研究方向为能源材料的设计和合成。已发表SCI论文100余篇，被引用29000余次，H因子65，部分研究结果发表在Nature Comm., JACS, PNAS, Nano Lett., Angew. Chem., ACS Nano等国际知名期刊。
丁书江 西安交通大学
化学学院教授，博士生导师，化学学院院长。陕西省杰出青年基金获得者，教育部“新世纪优秀人才”，陕西省“青年科技新星”。西安交通大学腾飞特聘教授、西安交通大学青年拔尖A类入选者。研究工作涉及高分子/无机物纳米结构复合材料的设计，制备及其在电化学储能（锂/钠离子电池、锂硫电池、固态电池、燃料电池、锂离子电池回收）、传感器等方面的应用基础研究。以第一作者或者通讯作者身份在Nature Comm., JACS, Adv. Mater., Angew. Chem., ACS Nano等国际知名期刊上发表论文160余篇。科研项目包括国家自然科学基金面上/青年项目，陕西省基金等。曾入选科睿唯安（Clarivate）交叉学科领域的全球高被引科学家，爱思唯尔（Elsevier）中国高被引学者。
胡小飞 西安交通大学
化学学院教授，博士生导师，国家级四青人才，陕西省秦创原高层次人才，西安交通大学“青年拔尖人才支持计划” A类入选者。以第一作者或者通讯作者身份在Sci. Adv., Angew. Chem., Nano Lett., ACS Nano, Adv. Funct. Mater.等国际知名期刊发表论文40余篇。主持优青（海外）人才项目、国自然青年基金等。研究方向包括高稳定锂/钠金属负极的构筑、高活性正极催化剂的设计等。
转自：“ACS美国化学会”微信公众号
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