顆粒在線訊：由于資源豐富且成本低廉，鈉儲能電池是不斷增加的下一代大規(guī)模儲能系統(tǒng)之一。然而，由于負極上與枝晶有關(guān)的危害，它們的可行性受到了嚴重的阻礙。

鑒于此，鄭州大學陳衛(wèi)華教授制備了一種由蜂窩狀結(jié)構(gòu)纖維組成的新型超薄（8微米）外部無孔隔膜，以用于均勻的Na沉積和抑制枝晶滲透。研究顯示，蜂窩狀結(jié)構(gòu)的纖維具有巨大的電解液吸收能力（376.7%）和聚合物固有的傳輸能力，這使無阻礙的離子傳輸大大受益。此外，由聚醚砜和聚偏二乙烯組成的極性聚合物鏈通過大量的溶劑固定化定制了電解液的高度聚集溶劑化結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了離子傳導性增強的富無機固體電解質(zhì)界面的耐久性。此外，憑借所設(shè)計隔膜的可靠機械強度，組裝的鈉離子全電池提供了顯著提高的能量密度和高安全性，從而在切割和軋制條件下實現(xiàn)了穩(wěn)定的操作。另外，所制備的隔膜可以進一步推廣到鋰基電池中，對于這些電池來說，可以獲得明顯的枝晶抑制和循環(huán)性，從而證明了其實際應(yīng)用的潛力。

文章要點：

1. 這項工作以聚醚砜（PES）和聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）為原料，通過主導化學成分和結(jié)構(gòu)之間的協(xié)同效應(yīng)，制備了一種精心設(shè)計的超薄外部無孔隔膜（記為SPF）。

2. 所制備的隔膜不僅具有良好的熱穩(wěn)定性，而且具有較高的機械堅固性。它的無孔特性有力地抑制了枝晶的滲透。此外，極性SPF隔膜和溶劑之間的化學作用使電解液中出現(xiàn)貧溶劑的溶劑化結(jié)構(gòu)，從而誘導無機物富集的界面形成，這有利于Na的均勻沉積。

3. PES和PVDF-HFP之間的氫鍵構(gòu)建了SPF纖維內(nèi)部的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，以及聚合物鏈的無定形區(qū)域，使得無阻礙的離子傳輸大大受益，DFT計算證實了其與Na+的結(jié)合能量增強。

4. 因此，采用功能化SPF隔膜的電池提供了更高的能量密度和安全性。組裝的硬碳|NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2軟包電池達到了更高的能量密度（無SPF隔膜vs采用SPF隔膜：229.4 Wh kg-1/157.6 Wh L-1 vs 71.8 Wh kg-1/86.1 Wh L-1）和顯著的穩(wěn)定性能，即使在空氣中切割時也能運行。SPF隔膜的通用性也在鋰基電池中得到了驗證，例如，Li4Ti5O12|LiFePO4軟包電池在100次循環(huán)后有97.4%的容量保留，Li|LiFePO4電池在80次循環(huán)后沒有明顯的容量衰減。

圖1 SPF隔膜的結(jié)構(gòu)和物理特性

圖2 SPF隔膜中的離子轉(zhuǎn)移機制

圖3 具有SPF隔膜的電極的界面化學

圖4 SPF隔膜在鈉電池中的應(yīng)用

來源：高分子科學前沿