北航新闻网12月12日电（通讯员 赵赫威）近日，北航化学学院郭林教授、王华教授团队针对金属钠机械可加工性差的关键科学技术难题，提出界面润滑与功能改性协同策略，实现了大面积超薄（≤50 μm）钠箔的规模化制备，相关研究成果以“Scalable ultrathin sodium metal anodes”为题发表在国际期刊《Nature Synthesis》上。论文的第一作者为北航化学学院唐孟尧、董帅和浙江工业大学岳苛，通讯作者为北航化学学院郭林教授、王华教授和浙江工业大学佴建威教授，北京航空航天大学化学学院为第一单位。
金属钠因高理论比容量（~1166 mAh/g）和低氧化还原电位（-2.71 V vs标准氢电极）在高能量密度钠电池领域应用前景广阔。然而，钠金属电池仍面临根深蒂固的挑战：因钠活性高、机械性能差及易黏附磨损，可规模化制备且性能稳定的薄钠负极仍未实现，严重制约了钠电池的基础研究与实用化进程。
鉴于此，该研究提出界面润滑与功能改性协同策略，以自润滑聚二甲基硅氧烷（PDMS）为多功能添加剂，在轧制过程中既能形成表面润滑膜，又能在钠金属表面构建机械稳固的界面层，从而实现大面积、超薄（≤50 μm）且机械强度增强钠箔的可控制备（图1）。
图1 超薄且界面稳定的钠金属箔的设计与制备
研究发现PDMS通过Na-O-Si键成功“嫁接”于钠金属表面，实现了对钠金属界面改性。与纯钠金属相比，p-Na箔的硬度提升8倍，抗拉强度增强，表面粗糙度降低，DMT模量明显提高，且空气稳定性显著改善。这表明该超薄钠箔兼具优异的力学性能与结构稳定性，可有效适配钠基电池的应用需求。（图2）。
图2 超薄钠箔的物化性质
基于规模化制备的大面积超薄钠箔，组装N/P=1.9的Ah级Na||NFM软包电池，在1.0 M NaPF6-G2电解液体系下能量密度为150.6 Wh/kg，0.1 A循环100次容量保持率86%；匹配耐高压电解液后能量密度达180.2 Wh/kg，150圈保持率80.7%，体现出超薄钠箔在高比能钠电池中的应用潜力（图3）。
图3 钠金属软包电池的电化学性能
为验证该策略的有效性和普适性，本研究还成功制备了50μm的锂金属箔与100μm的钾金属箔；同时也证明含不同官能团修饰的PDMS分子同样表现出相似的功能，这为提升SEI与不同电池体系的适配性提供了有效途径。
超薄钠箔的规模化制备为可持续、低成本、高能量密度钠金属电池奠定了材料基础，既推动了基础研究中钠电极的标准化，也大幅加速了钠电池向高能量密度方向的发展。
本研究工作获得国家重点研发计划以及国家自然科学基金委的经费支持，同时获得北京航空航天大学高性能计算平台及分析测试中心提供的重要技术支撑。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s44160-025-00934-0
（审核：马千里）
编辑：贾爱平
