中国研究人员宣布了一种全新的钠金属电池（SMB）设计，该电池可在短短四分钟内完全充满电，并且使用多年后仍能保持容量。

钠金属电池是一种充电超快、性能稳定的电池，科学家表示，有朝一日它可能成为当今锂离子（Li-ion）电池的廉价替代品。锂离子电池依赖少数地区集中供应的金属，而且容易起火。钠金属电池和钠离子（Na-ion）电池还有一个区别：它用的是金属钠阳极，而不是石墨或硬碳阳极。

然而，钠金属电池基本上还停留在理论阶段，因为它们容易发生一种被称为枝晶形成的退化现象。具体来说，就是钠离子经过电极时，会以尖刺状、石笋状的结构沉积在高反应活性的纯金属钠阳极上。时间一长，就会在正负极之间搭出一条通路，导致电池短路。

钠电池特别容易出现枝晶，因为钠是一种反应活性很强的金属。给锂离子、钠离子或钠金属电池充电时，阳极都会和电解液发生反应，形成一层叫做SEI的氧化层。这层氧化层通常厚10至50纳米——大约只有一个小病毒那么宽——但一般无害。但用钠的话，SEI层常常会开裂，形成一些凸起，把钠离子吸引过来，越堆越多就变成了枝晶。

如今，研究人员表示，他们通过使用一种坚韧的准固态凝胶电解质——被称为Sn-FB QSE——解决了枝晶这一难题，这种电解质能让电池更耐穿刺，其半固态的内部结构能防止枝晶形成。他们在5月21日发表于《纳米-微米快报》期刊的一项研究中概述了他们的发现。

为了验证这种方案能否长期有效，科学家们对电池进行了超过6000小时的充放电测试，过程中没有出现枝晶导致电池短路的情况。他们还指出，当他们仅在四分钟内将电池从零充至100%容量时，电池仍保留了80.1毫安时每克（mAh g–1）的电荷量。这差不多是锂离子电池的一半。

科学家们在研究中表示，当以稍慢的速度在20分钟内从零充至100%时，电池在2000次循环后仍保持了90%的电荷容量——达到了锂离子电池的理论极限。以较慢速度充电不仅降低了成本，还提升了安全性。

这一点值得注意，因为科学家们在新电池中实现了这一突破，同时其充电速度仍快于锂离子电池。这具有重要意义，因为充电速度仍然是电动汽车（EV）电池推广的一大障碍。目前充电最快的电动汽车是比亚迪旗下的腾势，这家中国汽车制造商表示，它可以在短短五分钟内从10%充到70%。但这需要高度专业化的1MW专用充电器。

大多数电动汽车充电要慢得多——特斯拉代表表示，Model 3使用特斯拉自家的250kW闪充充电器，大约15分钟可以从10%充到70%，但电动汽车路线规划平台Zapmap的代表表示，同一款车用50kW充电器充到80%需要90分钟。

事实上，智能手机和电动汽车等现代设备中使用的电池，大多数都是锂离子电池。然而，锂离子电池生产成本很高，因为其中含有锂和钴等难以获取的金属，而且容易起火。

越来越多的电池制造商正寻求实现钠离子电池的商业化量产，因为它们更便宜、更安全。然而，它们比锂离子电池更重、更大。

钠金属电池（SMBs）是当前研究的热点，因为理论上它们兼具两类电池的最佳特性。由于SMBs使用的是钠阳极，而非钠离子电池所使用的石墨或硬碳阳极，它们更轻，生产成本更低，因此在尺寸和重量上更接近锂离子电池。它们也更安全，因为它们使用钠离子运行，钠离子体积较大，无法迅速流向电池壁的裂口，因此不会引发热失控。热失控是电池受损时导致其起火的自持续链式反应。

科学家表示，如果枝晶形成和低温稳定性问题能够得到解决、复现并规模化应用，SMBs可能在未来十年重塑电池应用的经济格局。

科学家认为，在公共交通或通勤用车领域，SMBs（钠金属电池）可能是电动汽车的绝佳选择，因为尽管其续航里程低于使用钠离子和锂离子电池的车辆，但充电速度更快。然而，但无论是车辆还是消费电子产品等小型设备，短期内都还用不上这种电池。

这是因为智能手机等设备会经受剧烈的温度变化，影响依赖凝胶电解质的电池内部的化学反应。在制造商放心用纯钠金属取代技术成熟的石墨方案之前，必须先对该研究进行复现。