摘要：在此，燕山大学彭秋明、王金铭等人提出了一种创新的纳米孪晶合金策略，通过高压固溶和焦耳热处理相结合的方法（HPJH），成功解决了钠金属电池中钠沉积缓慢和枝晶生长的问题。

钠（Na）金属电池因其低成本和高能量密度被认为是下一代电化学储能的有前景的解决方案。然而，缓慢的钠动力学导致钠沉积和枝晶生长不利，从而削弱了循环性能。

在此，燕山大学彭秋明、王金铭等人提出了一种创新的纳米孪晶合金策略，通过高压固溶和焦耳热处理相结合的方法（HPJH），成功解决了钠金属电池中钠沉积缓慢和枝晶生长的问题。

研究显示，作者以成本低廉的铝硅（Al-Si）合金为基底，通过高压处理显著提高了硅在铝中的溶解度，并在后续的焦耳热处理中形成了高体积分数（82.7%）的纳米孪晶硅颗粒。焦耳热处理作为一种关键的制备步骤，通过快速加热和冷却过程，诱导合金中的硅以纳米孪晶的形式析出，同时引入大量晶体缺陷，从而显著降低钠的扩散势垒。

这些纳米孪晶硅颗粒具有优异的钠亲和性，能够显著提升钠的扩散速率，从而将钠沉积过程从扩散控制转变为反应控制。这一转变不仅促进了球形钠的均匀沉积，还实现了无枝晶生长，使得对称电池能够在5 mA cm⁻²的电流密度下稳定运行超过5300小时，累积容量高达13.25 Ah cm⁻²。

图1. 钠沉积的原位观察

总之，该工作通过高压固溶和焦耳热处理（HPJH）技术，成功设计了一种纳米孪晶合金集流体，显著提升了钠金属电池的性能。

研究表明，这种纳米孪晶结构的Al-Si合金不仅保持了与纯铝相当的电导率，还在机械性能上实现了大幅提升，这对于维持集流体在钠沉积/剥离过程中的结构完整性至关重要。此外，该策略还成功扩展至Cu-Ag合金体系，进一步验证了其普适性。

因此，该工作提出了一种全新的钠沉积调控机制，即将钠沉积过程从扩散控制转变为反应控制，从而实现球形钠的均匀沉积和无枝晶生长。这一机制的转变不仅提高了电池的容量和循环寿命，还为解决钠金属电池中的枝晶问题提供了新的理论依据。

图2. 全电池的性能评估

A nanotwinned-alloy strategy enables fast sodium deposition dynamics, Nature Communications 2025 DOI: 10.1038/s41467-025-56957-w
纳米孪晶合金策略实现快速钠沉积动力学，Nature Communications 2025 DOI： 10.1038/s41467-025-56957-w

彭秋明，男，教授，博士生导师，2008年在中科院长春应用化学研究所无机化学专业获得博士学位。2009-2011年德国GKSS镁合金创新技术研究中心洪堡访问学者。 2012年入选教育部新世纪人才，2014年获国家优秀青年基金，2020年入选教育部长江学者特聘教授。在中国仪器仪表协会（常务理事）、中国材料研究学会镁合金材料与应用专业委员会（理事）、中国生物材料学会（青年委员）等多个学术组织任职； 担任JMST 编委、 FNP（波兰-洪堡基金）国际外审专家。近五年应邀做国际/国内学术报告20多次。共计发表学术论文200多篇，其中以一作/通讯在 Adv Energy Mater，Adv Funct Mater, ACS Nano，J Am Chem Soc，Nat Commun, Nano Lett 和 Acta Mater上发表 120 余篇，近五年SCI引用9400多次，H因子56。

来源：MS杨站长