近日，湖北工业大学理学院科研团队在国际顶级期刊《ACS Nano》（自然指数期刊，一区Top期刊，影响因子16）上发表题为“Regulating the Electric Double Layer via Cellulose Acetate Enabling Stable and Long-Lifetime Sodium Metal Batteries”的研究论文。理学院青年教师周晓燕为第一作者，硕士研究生徐运祥为共同第一作者，理学院胡培副教授及武汉大学资源与环境学院陈朝吉教授为共同通讯作者，我校为论文第一单位。
钠金属电池因其高自然丰度、低成本和高能量密度备受关注。然而，传统电解液中非均匀的Na⁺通量与缓慢去溶剂化动力学往往导致枝晶生长和副反应，严重制约其实际应用。钠金属负极表面的双电层区域是离子传输和去溶剂化过程发生的重要区域，因此可以通过调控双电层能实现枝晶生长的抑制。尽管电解液添加剂是一种可扩展的稳定化策略，但传统添加剂如氟代碳酸乙烯酯（FEC）存在成本高、碳排放大及毒性等问题。相比之下，来源广泛、绿色可再生的生物质基添加剂具有来源广泛、低成本且碳足迹更小等优势，但相关研究目前较为有限。针对这一问题，团队提出了一种醋酸纤维素（CLA）生物质大分子添加剂，实现了对双电层的有效调控，显著提升钠金属电池的稳定性与寿命。CLA大分子在电双层中优先吸附于钠金属负极表面，取代活泼溶剂化结构中的溶剂分子，抑制界面副反应。同时，其丰富的醋酸根与Na⁺发生竞争性配位，均匀化离子分布并加速去溶剂化动力学。该协同效应有效降低了成核过电位，将Na沉积转变为三维瞬时成核模式，实现枝晶生长与界面副反应的抑制。最终，Na||Na对称电池在0.5 mA cm⁻²电流密度下稳定循环超过7000小时（约292天）；同时，在NVP||Na电池中实现了2000圈高倍率（5C）循环后仍保持约80.4%的容量，显著优于传统电解液及多数报道的添加剂体系。
该研究可以为可持续、安全、高效的钠金属电池提供重要参考。研究工作得到湖北省自然科学基金（2025AFB048）、湖北工业大学科研启动基金（XJ2023008701）、湖北工业大学绿色工业引领计划（XJKY20240129）、湖北省自然科学基金创新发展联合基金（2025AFD096）和湖北省教育厅科研项目（D20231403）等基金的支持。
原文链接：
Xiaoyan Zhou, Yunxiang Xu, Kunpeng Li, Linna Dai, Xiaohui Li, Le Yu, Jing Huang, Pei Hu*, Chaoji Chen*. Regulating the Electric Double Layer via Cellulose Acetate Enabling Stable and Long-Lifetime Sodium Metal Batteries. ACS Nano 2025, 19, 38, 34355 - 34367
https://doi.org/10.1021/acsnano.5c12283
责任编辑：陈凌
