钠金属电池由于具有低成本、储量丰富等优势而被视作新一代高比能低成本电池的有力竞争者。然而，金属钠负极与金属锂负极类似，也存在着枝晶生长、无限体积膨胀以及低库伦效率等问题。这些问题的存在使得钠金属电池的实际化应用遥遥无期。近日，韩国能源研究所的Byung-Hyun Kim，韩国高级科学技术研究所的Bumjoon J. Kim以及美国佐治亚理工学院的Seung Woo Lee等报道了一种具有分级多孔结构的三维多孔碳载体，将其用作钠金属电池的负极载体可以实现高效稳定的无负极钠金属电池。

本文要点

1） 这种分级纳米结构的多孔碳载体（PC-CFe）由碳外壳包覆的铁纳米颗粒构成。这种PC-CFe具有独特的3D层次结构，基于亚微米尺寸的碳颗粒、碳颗粒内有序的开放通道以及表面均匀分布的碳包覆Fe纳米颗粒。

2） 在Na//Cu不对称半电池中，PC-CFe能够在10mA/cm²的电流密度和10mAh/cm²的高沉积量条件下保持长达500周的稳定金属钠的沉积与剥离，其库伦效率高达99.6%。在60mA/cm²的超高电流密度下PC-CFe在对称Na//Na电池中也可以实现长达14400周的稳定工作。

3） 研究人员通过密度泛函理论计算发现优异的循环稳定性来源于碳包覆的铁纳米粒子对金属钠较强的吸附能力，这可以为金属钠的稳定沉积提供更丰富的成核位点。

4） 在不含金属钠的无负极全电池中，PC-CFe载体能够与10 mg/cm²的高载量磷酸钒钠正极匹配在循环100周后实现103mAh/g的可逆比容量。

参考文献

Kyungbin Lee,Young Jun Lee,Michael J. Lee, JunghunHan, Jeonghoon Lim,Kun Ryu, Hana Yoon, Byung-Hyun Kim,Bumjoon J. Kim,and Seung Woo Lee, 3D  Hierarchical  Host  with  Enhanced  Sodiophilicity  Enabling  Anode-Free Sodium Metal Batteries, Advanced Materials, 2022

DOI: 10.1002/adma.202109767