近些年，鋰/鈉硫、鋰/鈉/鉀系空體電池因具有高能量密度而被新能源研究者們所熟知。但是，堿金屬電極的使用仍面臨著一些嚴峻問題，例如高活性的堿金屬與常用電解質之間是天然不穩定的，或者說他們之間常常反應生成粗糙且脆弱的SEI膜。為了抑制這種不利的化學反應以及金屬枝晶的形成，提高電池的庫倫效率和安全性能，研究者們合成了各種人造SEI膜聚合物，例如無機導電復合物，納米粒子，薄膜，碳材料等等來隔絕電極與電解液之間的副反應。雖然以上也能取得一些效果，但還是有待改進。

圖1.a)活性層生成過程示意圖;b)Sn-鋰電極剖面SEM圖;c)Sn-鋰電極EDX圖譜;d)Sn-鋰電極表面mapping圖;e)Sn-鋰電極表面SEM圖。

近日，美國康奈爾大學LyndenA.Archer課題組設計一種人造活性物SEI膜來改善上述問題。作者采用離子交換化學法在堿金屬(鋰/鈉)表面沉積電化學活性物質(Sn，In，Si)層作為SEI膜。這種活性層使得電池表現出非常高的交換電流和穩定的長循環性能。該工作發表在國際頂級能源類期刊《NatureEnergy》上。

圖2.Sn–Li/NCA全電池的充放電循環曲線;內圖是容量-電壓曲線。

所合成的Li/Sn負極在3mA/cm^2的電流密度下，可以穩定表現出3mAh/cm^2的面比容量。與高負載LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(19.9mg/cm^2;3mAh/cm^2)正極配對后(組成Sn–Li/NCA全電池)，在0.5C電流密度下循環300圈后，容量保持率還可>80%。Sn和Li分別可通過合金化和沉積的過程儲鋰，這樣的一種二元混合儲鋰協同機理可以解釋鋰負極表面穩定的原因。更深一步的，作者還制備了Sn-Na負極，并組裝了對稱鈉電池(Sn-Na/Sn-Na)測試其電化學性能，結果表明這種電池可以穩定穩定循環1700小時，并且表現出極小的充放電電位差，解決了長久以來困擾研究者們的鈉枝晶問題。

圖3.a)鈉電極處理前后的阻抗對比圖;b)循環后，原始鈉電極和Sn-Na電極表面SEM圖;Sn-Na/Sn-Na對稱電池分別在0.25m/cm^2、1h每步和0.5m/cm^2、0.5h每步充放電條件下的時間-電壓曲線;e)原始Na/Na對稱電池在0.25m/cm^2、1h每步充放電條件下的時間-電壓曲線;f)Sn-Na電極和原始鈉電極在不同循環次數下的平均放電電壓曲線。

通過在堿金屬表面沉積活性層不僅可以保護金屬表面，同時還可促進電極的電荷快速轉移。修飾活性Sn層后，金屬鋰和鈉負極僅僅界面電阻都急劇減低，而且與電解液的交換電流變得更高。長時間循環后，電極表現也未發現金屬枝晶的形成。尤其對于以前讓人頭疼的鈉枝晶問題，采用這種方法非常有效。這篇文章，作者也是另辟蹊徑地提出了采用沉積活性物層，基于二元混合儲能協同機理來解決困擾研究者們的金屬枝晶的問題。