【研究背景】
金属钠因其高理论容量和低氧化还原电位，一直备受关注。近年来，随着对可持续能源的需求增长，钠金属电池已成为新型储能系统中的热门选择。与锂的制备相比，实现钠与亲钠材料的有效集流体仍具挑战性。亲钠材料的选取对于有效识别和解决潜在问题至关重要。氧化锡（SnO2）作为亲钠材料在钠金属电池中的应用已得到广泛研究，但实现钠金属的快速封装仍需进一步探索。
【工作介绍】
图1展示了Cu@Cu-Sn@SnOx、Cu@SnO2和Cu@Cu-Sn@SnOx·2H2O (CSO@H2O)电极的亲钠反应过程，以及与熔融钠金属的界面反应过程和碱金属火焰的示意图。
【内容表述】
1、亲钠反应机理研究
研究表明，结晶水的存在引发了亲钠反应，使集流体表面形成反应物，并通过毛细管力快速封装钠金属。在特定温度下，熔融钠金属与结晶水反应释放大量热量，产生碱金属火焰。方程式展示了钠金属与CSO@H2O电极之间的反应。钠蒸气可能与体系中剩余的氧气反应，形成Na2O。
2、亲钠反应物研究
通过XPS分析，研究了不同电极的物相变化。Cu@Cu-Sn@SnOx电极制备过程中形成了大量的Cu-Sn合金。在氩气环境中加热后，Cu@SnO2电极的亲钠位点增加，但反应速度改善不明显。对CSO@H2O@Na电极进行XPS分析，观察到碱金属火焰燃烧后电极表面形成了Na2O。
3、钠金属快速封装机理研究
碱金属火焰燃烧过程显示，钠金属从下到上快速吸附。TEM分析表明，碱金属火焰表面的晶格条纹对应于Na2O的（110）晶面。DFT计算表明，与Cu和SnO2表面相比，Na2O表面上的钠原子具有更高的结合能，这促进了钠原子优先吸附在Na2O上，实现钠金属的快速封装。
4、CSO@H2O@Na电极的电化学性能研究及其应用
CSO@H2O@Na电极在钠金属电池中表现出良好的电化学性能和循环稳定性。与磷酸钒钠（NVP）正极材料匹配，组装的全电池显示出更高的初始容量和容量保持率。该电极在柔性软包电池中的测试证实了其良好的机械性能。
【总结与展望】
研究发现，尽管SnO2具有亲钠性，但其与钠金属的封装速度较慢。相反，保留在SnO2中的结晶水是实现钠金属快速封装的关键因素。这一发现为今后对亲钠位点的研究提供了有价值的参考。仍需进一步探索和分析火焰体内部结构以及优化钠金属的封装过程。
Laiping Li等研究者在《Energy Storage Mater.》上发表了这一研究成果，文章号为10.1016/j.ensm.2024.103631。