三单位联合Angew：安全高性能全固态钠金属电池

2024年6月20日下午12:04 • 顶刊解读

图1 聚合物-in-MOF SICSPE合成的示意图

中北大学胡胜亮、张锦芳、温州大学侴术雷、昆士兰大学Qingbing Xia等提出了一种聚合物-in-MOF单离子导电固态聚合物电解质（SICSPE）的概念设计，它能显著提高固态钠金属电池的电化学性能。在这种设计巧妙的SICSPE中，作为Na⁺载体和传输介质的聚合物片段被现场限制在ZIF-8颗粒的纳米孔中，并通过路易斯酸碱相互作用来实现。

这种独特的聚合物-in-MOF SICSPE具有以下显著优点：（1）ZIF-8与聚合物片段之间强大的路易斯酸碱相互作用使Na⁺处于弱配位状态，从而有效促进Na⁺解离，增加Na⁺迁移次数，改善Na⁺迁移；（2）ZIF-8颗粒内丰富的纳米孔提供了定向有序的迁移通道，可促进Na⁺的快速迁移；（3）与电极之间良好的界面相容性确保了高度稳定的电化学性能；（4）机械柔韧性有利于抑制Na枝晶的侵蚀生长。

图2 电解质的电化学特性

因此，聚合物-MOF SICSPE的σ_Na+增强值为4.01×10-4 S cm^-1，t_Na+为0.87，电化学稳定窗口宽达4.89 V（vs. Na/Na⁺）。因此，采用聚合物-in-MOF SICSPE组装的Na₃V₂(PO₄)₃//Na电池具有无枝晶的Na金属表面、良好的倍率能力和出色的循环稳定性，其在苛刻的工作条件下循环300次后可保持96%的容量。这种创新的MOF聚合物设计为推进高性能和安全的固态金属电池技术提供了一种引人注目的策略。

图3 电化学性能研究

Confining Polymer Electrolyte in MOF for Safe and High-Performance All-Solid-State Sodium Metal Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2024. DOI: 10.1002/anie.202318822

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