近日，燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室彭秋明教授团队在纳米孪晶合金电极领域取得重要进展。研究团队开发了一种新型高压-焦耳热联用制备方法，成功合成了多种纳米孪晶合金电极，并阐明了其提升金属沉积动力学的微观机制。相关成果以“A nanotwinned-alloy strategy enables fast sodium deposition dynamics”为题，于2025年2月20日在Nature Communications在线发表。
图释：a)不同Al-Si合金的制备过程示意图，右侧展示了HPJH-AlSi合金中纳米孪晶硅的HRTEM图像，揭示了样品中的特征孪晶结构。b)沉积形态相图与无量纲电化学Damköhler数的关系图。
金属沉积的缓慢动力学长期以来困扰着电池技术的发展，导致金属沉积不均匀及枝晶生长，进而引发电池性能衰退，甚至引发安全事故。面对这一难题，合金化为不均匀金属沉积问题提供了新的解决方案。特别是在合金中引入纳米孪晶结构（含活性金属的纳米孪晶合金作为负极，不含活性金属的纳米孪晶合金仅作为集流体）能够显著降低扩散势垒，促进均匀的金属沉积并抑制枝晶生长。
为此，彭秋明教授团队采用高压-焦耳热处理技术，成功合成了含有高纳米孪晶硅体积分数（82.7%）的铝硅合金电极。该电极能够诱导球形钠沉积，并有效抑制枝晶生长。此外，亲钠的纳米孪晶硅具有更高的钠扩散速率，显著降低了无量纲电化学Damköhler数，使得沉积过程从扩散控制转变为反应控制。这一纳米孪晶结构提升钠沉积动力学的策略具有广泛的适用性，为其他金属沉积提供了新的方向。同时，该合成技术可扩展到多种合金体系，为块体纳米孪晶合金的制备提供了新的途径。
该研究获得国家自然科学基金（52331003、52288102、52171126、52202374、52471050）、教育部长江学者教授计划（T2020124）、河北省自然科学基金（E2023203255、C2022203003）等项目资助。燕山大学邹国栋为第一作者，王金铭和彭秋明为通讯作者。
