10引言 2由于气候恶化和环境污染问题日益突出，太阳能和风能等可再生能源的利用已成为全 3球关注的焦点，这也促使人们追求更加安全、经济和高效的电化学能源储存技术141。在众 4多选择中，高能量密度的锂离子电池已被广泛应用于便携式电子产品和电动汽车，但有限 5的锂储量(0.0065%)和较高的价格（碳酸锂，≈5000$/吨）阻碍了其大规模的应用[5-81。因 6此，以储量更为丰富(2.74%)、价格更为低廉（碳酸钠，≈150$/吨）的钠元素为基础的 7电池系统被认为是最具应用前景的下一代储能系统之一912。在各种负极材料中，金属钠 8Na)由于其高的理论比容量(1166mAhg)和低的电极电位(-2.714Vvs.SHE)而受到广 9泛关注3-161。然而，在重复的电化学循环过程中，金属钠枝晶的形成以及金属钠较大的体 10积变化导致电池循环稳定性差，更为严重的是，金属钠枝晶的持续增长会刺穿隔膜，导致 11安全隐患17-23引。 1 12 为了改善金属钠负极的稳定性，研究人员已经进行了大量探索。到俞为，主要有 13以下四种策略来提高金属钠负极的稳定性：1)电解液改性24-21： 2)设人的固态电解 14质界面膜3031：3)采用固态电解质36-41；4)构建3D导电载体稳定钠金属负极4247刃。在 15上述策略中，电解液改性和构建人工的SEI膜不能承受钠枝晶生长引起的机械变形和金属 16钠在循环过程中的体积膨胀。固态电解质较低的离子电导率、较大的界面阻抗及枝晶沿着 17晶界生长的问题仍然是需要解决的巨大挑战。相比之下，构建3D导电载体策略可以引导 18钠的均匀沉积，抑制钠枝晶的形成，控制钠金属负极的体积应变。因此，本文选择稳定钠 19金属负极的三维导电骨架材料作为本文综述的主题。 20 首先，我们根据不同的机理，综述了石墨烯、碳纳米管、碳纤维等钠碳基材料作为金 21属钠负极的沉积骨架。重点讨论了3D碳基材在抑制钠枝晶生长和提高钠金属负极电化 22学性能方面的作用。随后，我们综述了3D金属载体在钠金属负极中的应用，包括非亲钠 23金属载体和亲钠金属载体结构。然后，我们将介绍MXenes在改善钠金属负极稳定性方面 24的应用。最后，对钠金属负极的研究方向提心了展望。随着研究人员对钠金属负极的研究 25逐年增加，该综述对钠金属负极的进一步发展有一定的帮助。 石置烯基结构 金属载体结构 米 PRGO 3D Ni@Cu foil 3D金属 NSCA 二维导 录 电载体应用 丁钠金属 负极 CF(@ZnO h-Ti.C.CNTs CT-Sn(aTi,C 26 3 MXene基载体 27 图13D导电载体应用于钠金属负极 28 Fig.1 Optimization strategy of 3D conductive framework for Na metal anode0 引言 由于气候恶化和环境污染问题日益突出，太阳能和风能等可再生能源的利用已成为全 球关注的焦点，这也促使人们追求更加安全、经济和高效的电化学能源储存技术[1-4]。在众 多选择中，高能量密度的锂离子电池已被广泛应用于便携式电子产品和电动汽车，但有限 的锂储量 (0.0065%) 和较高的价格（碳酸锂，5000 $/吨）阻碍了其大规模的应用[5-8]。因 此，以储量更为丰富 (2.74%) 、价格更为低廉（碳酸钠，150 $/吨）的钠元素为基础的 电池系统被认为是最具应用前景的下一代储能系统之一[9-12]。在各种负极材料中，金属钠 (Na) 由于其高的理论比容量 (1166 mA h g−1) 和低的电极电位 (−2.714 V vs. SHE) 而受到广 泛关注[13-16]。然而，在重复的电化学循环过程中，金属钠枝晶的形成以及金属钠较大的体 积变化导致电池循环稳定性差，更为严重的是，金属钠枝晶的持续增长会刺穿隔膜，导致 安全隐患 [17-23]。 为了改善金属钠负极的稳定性，研究人员已经进行了大量探索。到目前为止，主要有 以下四种策略来提高金属钠负极的稳定性：1）电解液改性[24-29]；2）设计人工的固态电解 质界面膜[30-35]；3）采用固态电解质[36-41]；4）构建 3D 导电载体稳定钠金属负极[42-47]。在 上述策略中，电解液改性和构建人工的 SEI 膜不能承受钠枝晶生长引起的机械变形和金属 钠在循环过程中的体积膨胀。固态电解质较低的离子电导率、较大的界面阻抗及枝晶沿着 晶界生长的问题仍然是需要解决的巨大挑战。相比之下，构建 3D 导电载体策略可以引导 钠的均匀沉积，抑制钠枝晶的形成，控制钠金属负极的体积应变。因此，本文选择稳定钠 金属负极的三维导电骨架材料作为本文综述的主题。 首先，我们根据不同的机理，综述了石墨烯、碳纳米管、碳纤维等钠碳基材料作为金 属钠负极的沉积骨架。重点讨论了 3D 碳基材料在抑制钠枝晶生长和提高钠金属负极电化 学性能方面的作用。随后，我们综述了 3D 金属载体在钠金属负极中的应用，包括非亲钠 金属载体和亲钠金属载体结构。然后，我们将介绍 MXenes 在改善钠金属负极稳定性方面 的应用。最后，对钠金属负极的研究方向提出了展望。随着研究人员对钠金属负极的研究 逐年增加，该综述对钠金属负极的进一步发展有一定的帮助。 图 1 3D 导电载体应用于钠金属负极 Fig.1 Optimization strategy of 3D conductive framework for Na metal anode 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 录用稿件，非最终出版稿