1、钠金属负极

1）由于钠与锂具有相似的电化学性质，且资源储量大、原料成本低，以钠离子作为载流子的二次电池，包括钠离子电池、钠金属电池、钠硫电池等有望成为新一代高性价比储能设备的可用选择。

2）早期钠电池的研究重心放在可充电的高温钠电池方面，例如钠硫电池或者钠氯化镍电池。1967年，钠离子（Na+）在Na-β”-Al2O3中的快速传导被发现；1968年，美国Ford公司发明了高温钠硫电池，以单质硫为正极、金属钠为负极，以Na-β"-Al2O3为固体电解质，在300-350℃温度下工作。1986年，南非Coetzer将单质硫替换成NiCl2，发明了ZEBRA电池（高温钠氯化镍电池），同样在300-350℃高温下工作。但是这类电池运行所需的300℃高温条件以及存在的腐蚀问题使得其应用和发展受到限制。

3）研究人员开发了多种钠离子电池正负极材料，包括聚阴离子化合物、过渡金属氧化物、普鲁士蓝类似物正极以及嵌入型、转化型、合金型负极等。然而相较于已经商业化的锂离子电池，目前传统钠离子电池体系在能量密度方面仍然有所欠缺，难以满足当前的要求。因此，为满足大规模储能的要求，需要开发具有更高能量密度的钠电池体系。

4）为了提高电池的能量密度和功率密度，需要开发更高性能的电极材料。钠离子电池使用碳材料、过渡金属氧化物、合金化合物等作为负极材料，能够提供的能量密度和功率密度都有一定的局限性，实际容量都不太理想。而使用钠金属负极，可以提供更高的能量密度和功率密度，因为金属钠具有较高的理论比容量（1166mAh/g）和较低的氧化还原电势（-2.714V），这使其成为具有发展前景的负极材料。目前，有关文献报道的钠金属电池能量密度大幅高于钠离子电池，可达200-300 Wh/kg。

2、钠金属电池：钠金属电池也是二次电池中的一种，其基本工作原理与离子电池相类似。图1展示了钠金属电池的工作原理，它同样是依靠离子在正负极之间的来回转移从而实现电池的充放电。与之不同的是，由于钠金属电池的负极是金属钠，而不是传统钠离子电池负极中常用的嵌入型或者合金型等材料，所以负极处发生的反应不再是钠离子的嵌入和脱出，而是金属钠的沉积和剥离。

                                   图1 钠金属电池工作原理

3、钠金属负极的挑战：目前，钠金属负极的循环伴随着很多挑战性问题。一方面，较为活泼的金属钠会与电解液反应，在负极表面形成一层固态电解质界面（SEI）膜，从而避免了电解液与金属钠的持续接触，可以起到保护钠金属负极的作用。SEI膜本身具有高离子电导率和低电子电导率的性质，能够快速传递钠离子。但是这种通过相互反应自发形成的SEI膜并不稳定，因为在电池反复充放电的过程当中，钠金属负极会产生巨大的变化，电极表面的SEI膜会被破坏，暴露出的钠会与电解液反应生成新的SEI膜，这种反复的破裂和生长会持续消耗活性物质与电解液，造成低的库伦效率以及循环寿命的下降。另一方面，负极表面不同位置处的离子通量不尽相同，在钠沉积过程中会产生不均匀的钠离子传输，形成部分突起的沉积物。这种突起一旦形成后就会由于尖端效应进一步加剧，最终形成呈现为树枝状的沉积产物，称作钠枝晶。不断生长的钠枝晶会刺穿隔膜导致电池内部短路，带来安全隐患。