固态钠金属电池（SSSMBs）采用不可燃的固态电解质（SSEs）和钠金属负极，相比传统钠离子电池具有更高的安全性和能量密度。然而，钠金属负极在固态电池中的应用面临诸多挑战，如固态电解质与钠金属负极之间的固-固接触导致高界面电阻、局部电流密度大以及钠沉积不均匀，从而促进钠枝晶在缺陷和裂缝等局部区域的生长。
在此，中国科学院上海硅酸盐研究所温兆银、吴相伟等人设计了一种三维多孔碳负载的超薄钠负极，其具有超离子导电性和高扩散性，置于 NASICON 型电解质表面，作为钠离子泵以改善钠离子传输动力学。复合负极内快速的离子/电子传输有效解决了负极界面处钠离子的快速消耗和局部电荷积累问题，实现了无枝晶的钠沉积。
对称电池实现了 3.5 mA cm⁻²的高临界电流密度和 0.2 mA cm⁻²下 6000 小时的长循环寿命。与 Na₃V₂(PO₄)₃正极耦合的全电池在 10 C 下 5100 个循环后展现出 90.2%的高容量保持率。此外，使用有限钠金属负极与 17.3 mg cm⁻²的 Na₃V₂(PO₄)₃正极（1.05 的负/正极容量比）配对的 SSSMBs，在 100 个循环后展现出 97%的卓越容量保持率。
图1. 机制探究
总之，该工作提出了一种结构稳定的纳米多孔碳材料，即由金属有机框架（MOFs）衍生的氮掺杂多孔碳与钴颗粒（NCC），作为支撑超薄钠负极的三维主体，从而增强了负极界面接触并提高了钠金属的利用率。
研究显示，NCC 主体的高亲钠性和充足的离子扩散动力学促进了钠的均匀沉积，形成稳定的负极固体电解质界面（SEI）。此外，结构稳定的 NCC-Na 负极确保了高达 3.5 mA cm⁻²的高电流耐受性和在0.2 mA cm⁻²下超过 6000 小时的长期保护。采用超薄钠金属负极的NVP|MNZSP|NCC-Na 全电池展现出卓越的长期耐久性，在 10 C 下循环5100次后容量保持率超过 90%。
此外，在高度实用化的条件下，即正极面密度为17.3 mg cm⁻²且负/正极容量比仅为1.05 时，NVP|MNZSP|NCC-Na 电池能够稳定运行。因此，该工作有助于拓展对固态钠金属电池中超薄钠金属负极设计的理解，并为实现具有高能量密度和循环稳定性的实用化固态钠金属电池提供了新策略。
图2. 电池性能
Sodium-Ion Pump Enhanced Composite Sodium Anode Toward Fast-Charging and Practical N/P Ratio Solid-State Sodium Metal Batteries, Advanced Energy Materials 2025 DOI: 10.1002/aenm.202501061
温兆银，现任中国科学院上海硅酸盐研究所能源材料研究中心主任，固态二次电池及材料课题组长。2007年入选上海市优秀学科带头人，2009年享受国务院“政府特殊津贴”，2010年入选上海市领军人才，2011年获国家科技部“十一五”国家科技计划执行突出贡献奖，2012年获得“全国优秀科技工作者“称号，2015年入选亚太材料科学院院士。通过组成和结构设计并结合制备方法的创新，研制成功多种高性能锂离子、钠离子、质子等单价阳离子导电的固体电解质，研制成功的固态锂离子电池在移动通信、智能家居等方面得到应用验证，研制成功650安时大容量储能钠硫电池，形成材料-电池-模块-系统-制造装备的成套技术，研究成果曾入选我国两院院士评选的中国十大科技进展新闻，并实现成果转移和示范产业化。
吴相伟，男，博士，研究员。主要从事新能源材料及新型储能技术方向的研究工作。主持中科院战略先导专项子课题、自然科学基金面上项目（2项）、GF基础科研重点项目、973子课题、特种材料研制项目（4项）、上海市科委项目、企业委托项目等10余项科研任务。作为主要负责人共同完成大容量储能钠盐电池的技术转移及示范产业线的规划和建设。在国内外核心期刊上发表SCI论文70余篇。