近日，鄭州大學(xué)化學(xué)學(xué)院陳衛(wèi)華教授團(tuán)隊(duì)在高安全、高能量密度鈉離子電池隔膜設(shè)計(jì)及其性能研究方面取得重要進(jìn)展，在國際重要頂級期刊《Advanced Materials》發(fā)表題為“An Ultra-thin Nonporous Polymer Separator Regulates Na Transfer Toward Dendrite-free Sodium Storage Batteries”的原創(chuàng)性研究論文。論文第一作者為研究生李鑫樂、張繼雨和郭小妞，通訊作者為陳衛(wèi)華教授。鄭州大學(xué)化學(xué)學(xué)院為第一作者單位和通訊單位。澳大利亞科學(xué)院院士竇世學(xué)教授對本工作給予了指導(dǎo)。

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(fù)極上與枝晶有關(guān)的危害，它們的可行性受到了嚴(yán)重的阻礙。對此，陳衛(wèi)華教授研究團(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)了離子傳導(dǎo)性增強(qiáng)的富無機(jī)固體電解質(zhì)界面的耐久性。此外，憑借所設(shè)計(jì)隔膜的可靠機(jī)械強(qiáng)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(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的操作。另外，所制備的隔膜可以進(jìn)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(shí)際應(yīng)用的潛力。這項(xiàng)工作為高安全鈉離子電池隔膜的設(shè)計(jì)提供了獨(dú)特見解，對高安全性、高能量密度的鈉離子電池具有重要意義。

此外，陳衛(wèi)華教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并合成系列界面改性柔性聚合物隔膜。通過界面化學(xué)官能團(tuán)調(diào)控，制備了在多種電解液溶劑中(EC/PC、EC/DMC、DGM和TGM)化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、浸潤性好的低成本改性乙酸纖維素?zé)o紡布隔膜；采用疏水性SiO2氣凝膠表面修飾可有效提升商用聚丙烯隔膜的安全特性和潤濕性；通過對高耐熱性的聚丙烯腈無紡布表面官能團(tuán)優(yōu)化并協(xié)同引入熱阻性能佳的SiO2氣凝膠，構(gòu)筑了高柔性、高機(jī)械性能、耐熱性強(qiáng)(350 °C)的復(fù)合隔膜；通過氧化石墨烯涂覆調(diào)控聚合物分子表面官能團(tuán)種類，增加離子傳輸位點(diǎn)，將t Na+由0.42提升至0.70。相關(guān)柔性隔膜已在放大化試驗(yàn)中，可在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)小批量有序供應(yīng)。此外，基于對隔膜設(shè)計(jì)合成的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，陳衛(wèi)華教授團(tuán)隊(duì)總結(jié)了隔膜設(shè)計(jì)規(guī)律、測試表征及研究進(jìn)展發(fā)表電池隔膜綜述文章；受邀撰寫英文書籍《Handbook of sodium-ion Batteries: Materials and Characterisations》中隔膜章節(jié)。

這些研究得到了國家自然科學(xué)基金、河南省高層次人才國際化培養(yǎng)項(xiàng)目、河南省科技廳和鄭州大學(xué)等基金的資助。

全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202203547