由于钠资源丰富且能量密度高，无阳极钠金属电池受到了广泛关注。然而，其实际应用受到钠的持续消耗和枝晶生长特性的限制。
2025年7月1日，华中科技大学彭林峰、谢佳、浙江大学陆俊在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Fluorine-doped micropore-covered mesoporous carbon nanofibers for long-lasting anode-free sodium metal batteries》的研究论文，Haolin Zhu为论文第一作者，彭林峰、谢佳、陆俊为论文共同通讯作者。
谢佳，华中科技大学教授，国家杰出青年基金获得者，国家高层次人才计划青年项目入选者，科技部重点研发计划和青年973项目首席科学家，英国皇家化学学会Fellow。2002年和2008年在北京大学和斯坦福大学分别获学士和博士学位，现任华中科技大学教授。
谢佳教授主要从事电化学储能研究，以第一/通讯作者发表SCI论文200余篇，获专利授权100余项。
彭林峰，华中科技大学博士后。2013、2016年本硕毕业于武汉工程大学，硕士导师：李亮。2016-2019年在华中科技大学担任科研助理，2022年获得华中科技大学博士学位，导师：谢佳；随后留校从事博士后研究，指导导师：谢佳，合作导师：程时杰。彭林峰的研究方向为无机固态电解质。
陆俊，浙江大学讲席教授，国家级高层次人才。2000年本科毕业于中国科学技术大学，2008年在犹他大学获得博士学位。2009-2014年在美国阿贡国家实验室从事博士后研究，2014-2022年在美国阿贡国家实验室任职，2022年加入浙江大学。
陆俊教授的研究领域聚焦在高性能正极/负极材料、先进表征技术、锂金属电池、锂硫电池、锂空电池、下一代电池技术以及电池回收等方面，以通讯作者/第一作者发表SCI收录论文超过700篇，其中包括Science、Nature及其子刊Nature Energy、Nature Nanotechnology、Nature Catalysis、Nature Review Materials、Nature Communications等共计超过60篇，论文总引用数超过8.8万余次；获专利授权超过20项。
在本研究中，作者提出了一种氟掺杂的微孔覆盖介孔碳纤维，以提高无阳极钠金属电池的循环性能。
引入电负性的氟可以产生更多的路易斯酸位点和亲钠的Zn-Nx位点，从而抑制电解液分解并促进钠金属的均匀沉积。
作者通过结构修饰实现了微孔覆盖介孔框架的构建，形成了薄且均匀的固体电解质界面，有助于钠金属的约束和自平整。
作为集流体的碳纤维展现出低钠成核过电位和快速的钠热注入特性，在高达5mA cm-2的电流密度下，实现了超过5000次循环的高可逆钠沉积/剥离，平均库仑效率为99.93%。
此外，采用高负载正极的无阳极软包电池在200次循环中实现了90%的容量保持率，展现出稳定的循环特性。
这些发现证明了通过调整多孔碳集流体的组成和微观结构来增强钠金属电池的循环寿命和稳定性特征的有效性。
图1：靶向设计无阳极钠金属电池中多孔碳集流体的组成和微观结构
图2：FMCNF和MCNF的物理化学特性
图3：不同集流体上钠沉积/剥离的可逆性和形貌演变
图4：不同钠金属电极的对称电池的钠沉积/剥离稳定性
图5：不同集流体上钠沉积行为的物理化学研究
图6：基于不同集流体的全电池的电化学性能
综上，本文提出了一种氟掺杂的微孔覆盖介孔碳纤维（FMCNF），用于提高无阳极钠金属电池的循环性能。通过电子调节和结构工程，FMCNF实现了均匀的固体电解质界面（SEI）和钠金属的约束与自平整，从而抑制了钠枝晶的生长和电解液的过度分解。
这项研究不仅提出了通过电子调节和结构工程设计多孔碳集流体的新方法，为无阳极钠金属电池的高性能提供了理论依据；它还实现了在高电流密度和高深度放电条件下稳定的钠金属沉积/剥离，显著提高了无阳极钠金属电池的循环寿命和稳定性。
无阳极钠金属电池因其高能量密度和低成本，在大规模储能领域具有广阔的应用前景，如电网储能。此外，该研究有望提高钠金属电池的循环寿命和稳定性，使其在便携式电子设备中具有潜在应用价值。
Zhu, H., Peng, L., Wu, J.et al. Fluorine-doped micropore-covered mesoporous carbon nanofibers for long-lasting anode-free sodium metal batteries. Nat Commun16, 5494 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-60168-8