钠金属电池（SMBs）是一种兼具高能量密度和低成本的新型电池，然而钠金属负极在反复的沉积/剥离循环中，金属钠的电沉积常常导致形态和化学不稳定，例如钠枝晶的形成、容量衰减、短路甚至爆炸，制约了金属钠负极的实际应用带。通过引入亲钠金属添加剂来控制金属钠的异质成核，被认为是调节Na金属生长和减轻枝晶引发灾难性问题最有效的策略之一。虽然这些亲钠金属或复合材料通过合金化反应提供了钠沉积的活性位点，但它们在电沉积之前通过吸附、不可逆合金化或转化反应等反应消耗了钠。此外，合金化-去合金化过程不可避免地产生大量体积膨胀和应力变化，这些缺点没有得到足够的关注和解决。
近日，洪振生教授课题组报道了一种包括电场、热场和压力场的多场调控合成 (MRS) 路线，可在几分钟内快速制备单原子锑。这种多物理场耦合合成方法可以实现高负载的单原子锑 (MRS-SbSA)，高达 15 wt.%。与具有低 SAMs 含量的传统烧结方法相比，具有良好分散的 Sb 原子的 MRS-SbSA 为钠金属负极提供了丰富的成核位点，这有利于控制钠离子通量和锚定钠金属的生长。同时，原子合金化-脱合金化过程减轻了体积膨胀，显著降低了机械应力，大大提高了电化学可逆性。因此，MRS-SbSA||Na半电池即使在1800次循环后仍表现出非常高的库仑效率（CE）≈99.9%。MRS-SbSA-Na对称电池表现出超低过电位和令人印象深刻的长循环寿命。此外，无阳极MRS-SbSA||NVP电池表现出极高的能量密度和出色的倍率性能。这项研究结果为合成高负载金属单原子及其不寻常的行为和在可充电电池中的应用提供了深刻的见解。
其研究成果以“Highly Reversible Sodium Metal Batteries Enabled by Extraordinary Alloying Reaction of Single-Atom Antimony”为题发表在《Advanced Energy Materials》。该研究成果中星空平台为第一署名单位，星空(中国)一站式服务平台博士生赵思和硕士研究生陈旭东为共同第一作者，星空平台洪振生教授、浙江大学陆俊教授和安庆师范大学张燕博士为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金面上项目、福建省自然科学基金重点项目、福建省教育厅和星空平台碳中和研究院开放基金等多方资助。
全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202403432