Do nguồn tài nguyên phong phú và chi phí thấp, pin natri-ion rất phù hợp cho xe điện chạy đường ngắn và lưu trữ năng lượng quy mô lớn. So với pin lithium-ion, khối lượng mol của ion natri làm chất mang điện tích lớn hơn, dẫn đến mật độ năng lượng của pin natri-ion trong cùng một hệ thống vật liệu sẽ thấp hơn.
Sử dụng natri kim loại có dung lượng riêng theo lý thuyết cao (1166 mAh/g) làm cực dương là một cách hiệu quả để cải thiện mật độ năng lượng của pin Na-ion. Tuy nhiên, độ ổn định trong không khí của kim loại natri kém, gây nguy hiểm lớn về an toàn trong quá trình sản xuất pin hàng loạt, đồng thời kết cấu của kim loại natri mềm và dính nên khó tạo ra điện cực âm siêu mỏng, dẫn đến sự hy sinh của vật liệu hoạt động dư thừa về mật độ năng lượng. Trong bối cảnh này, chiến lược hình thành điện hóa tại chỗ của cực dương natri ở phía cực thu của cực dương bằng cách sử dụng các ion natri được chiết xuất từ cực âm trong chu kỳ sạc đầu tiên có thể giải quyết hiệu quả các vấn đề về độ nhạy không khí của natri kim loại và khó khăn siêu mỏng hóa . Tuy nhiên, giao diện cực âm và cực dương không ổn định sẽ liên tục tiêu thụ các ion natri hạn chế, và trong quá trình mạ điện và tước lặp đi lặp lại, sự lắng đọng không đồng đều của các ion natri cũng sẽ dẫn đến việc tạo ra "natri chết" hoặc đuôi gai natri, do đó làm giảm coulombic. hiệu quả, dẫn đến suy giảm công suất nhanh chóng. 
Để giải quyết các vấn đề trên, Li Yuqi, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Viện Vật lý, Viện Khoa học Trung Quốc/Trung tâm Nghiên cứu Vật lý Vật chất Ngưng tụ Quốc gia Bắc Kinh, dưới sự hướng dẫn của Nhà nghiên cứu Hu Yongsheng và Phó nhà nghiên cứu Lu Yaxiang, đã điều phối bộ sưu tập hiện tại/ natri, natri/chất điện phân (SEI) và chất điện phân/giao diện ba điện cực dương (CEI), làm giảm kích thước tạo mầm natri, sửa chữa các vết nứt lắng đọng natri, ức chế hiệu quả sự phát triển của đuôi gai natri và ngăn chặn sự hòa tan của các ion kim loại chuyển tiếp như sắt và niken, đạt được mật độ năng lượng mà không cần bổ sung thêm nguồn natri Pin natri-ion cấp độ Ah lên đến 205 Wh/kg. Mật độ năng lượng của hệ thống pin natri-ion này thậm chí còn tốt hơn mật độ năng lượng của hệ thống pin lithium iron phosphate||graphite thương mại hiện tại.
Chìa khóa để đạt được năng lượng riêng cao và tuổi thọ chu kỳ dài của loại pin này nằm ở thiết kế toàn diện của cực âm, bộ thu dòng điện và mặt điện phân. Về mặt tích cực, nghiên cứu này đã chọn oxit phân lớp pha O3 dựa trên đồng không chứa coban để đảm bảo mật độ năng lượng cao của pin trong khi chi phí thấp và bền vững. Để đạt được sự lắng đọng mịn hơn của natri kim loại từ dưới lên trên, một lớp phủ carbon graphit hóa được chọn ở phía bộ thu dòng điện âm để làm cho các ion natri có thế năng tạo mầm quá mức thấp và kiểm soát quá trình tạo mầm đồng đều và dày đặc của natri kim loại trong một môi trường nhỏ hơn. kích cỡ. Tuy nhiên, nghiên cứu cho thấy rằng ngay cả với lớp phủ thu dòng natri-philic, vẫn có những vết nứt trên bề mặt của natri kim loại lắng đọng trong chất điện phân ether truyền thống. Sự lắng đọng natri đồng nhất và thậm chí hình thành dendrite natri. Để tiếp tục giải quyết vấn đề nứt liên vùng đã đề cập ở trên, một chất điện phân chứa muối boron đã được thiết kế trong nghiên cứu này và các sản phẩm phân hủy của nó được thu thập bằng các kỹ thuật mô tả đặc tính giao diện đa tỷ lệ. Ngoài ra, thành phần bo-oxy thể hiện sự phân bố hai chiều ở lớp ngoài của màng giao diện ở phía điện cực âm và sự phân bố ba chiều ở lớp trong của màng giao diện ở phía điện cực dương. Dựa trên các mô phỏng động lực học phân tử/hóa học lượng tử, người ta thấy rằng chất điện phân sau khi thêm muối boron có cấu hình solvat hóa đặc biệt ảnh hưởng đến thứ tự phân hủy ở mặt tích cực và tiêu cực, điều này giải thích hợp lý các thành phần chứa boron ở mặt tích cực và tiêu cực . Hiện tượng kỳ lạ của sự phân bố không đồng nhất. Màng SEI mạnh mẽ và linh hoạt có tác dụng ức chế hiệu quả sự hình thành các sợi nhánh natri và natri chết, đồng thời sửa chữa các vết nứt hình thành trong quá trình lắng đọng và tách natri kim loại, trong khi màng CEI siêu mỏng bảo vệ tính toàn vẹn cấu trúc của cực âm và cản trở các kim loại chuyển tiếp. các ion hòa tan. 
Hưởng lợi từ hiệu ứng giao diện hiệp đồng ba đã đề cập ở trên (giao diện thu gom dòng điện/natri, giao diện natri/chất điện phân và giao diện chất điện phân/cực âm), đạt được sự lắng đọng natri kim loại có khả năng đảo ngược cao (ánh kim loại phong phú) và loại xi lanh cấp độ Ah được lắp ráp pin natri-ion có tuổi thọ chu kỳ lên tới 260 lần mà không cần áp dụng thêm áp suất và không có chu kỳ ở nhiệt độ cao. Những hiểu biết sâu sắc từ công trình này về hành vi lắng đọng/tước Na nội tại (khác với lắng đọng kim loại Li) và hóa học liên vùng cung cấp những hiểu biết có giá trị về sự phát triển hơn nữa của pin Na-ion hiệu suất cao hơn.
Công trình này được hỗ trợ bởi Dự án Khoa học và Công nghệ Thí điểm Chiến lược của Viện Khoa học Trung Quốc (XDA21070500), Quỹ Khoa học Tự nhiên Quốc gia Trung Quốc (51725206, 52122214, 52072403), Hiệp hội Xúc tiến Sáng tạo Thanh niên của Viện Khoa học Trung Quốc (2020006) ) và Quỹ khoa học tự nhiên Bắc Kinh (2212022). Các kết quả liên quan, có tiêu đề "Kỹ thuật giao diện để đạt được mật độ năng lượng trên 200 Wh kg-1 trong pin natri", đã được đăng trên Nature Energy vào ngày 2 tháng 6 năm 2022 (https://doi.org/10.1038/s41560-022- 01033-6).