近日，中國科學(xué)院廣州能源研究所曹晏研究員團(tuán)隊(duì)揭示了一種雙極性功能協(xié)同調(diào)控金屬有機(jī)框架隔膜性能的新機(jī)制。該研究證實(shí)，經(jīng)過精確調(diào)控的具有雙極性官能團(tuán)UIO-66金屬有機(jī)框架（MOF）與隔膜相復(fù)合可顯著提升鈉金屬電池的循環(huán)壽命，在10C高倍率測(cè)試中表現(xiàn)出超2000次循環(huán)的超高穩(wěn)定性。
鈉金屬電池（SMBs）憑借豐富的資源儲(chǔ)量、較低原材料成本以及高達(dá)1165 mAh g?1的理論比容量，被廣泛認(rèn)為是鋰離子電池的潛在替代技術(shù)。在此背景下，隔膜作為關(guān)鍵界面結(jié)構(gòu)，承擔(dān)著引導(dǎo)鈉離子通量、維持電解液分布均勻性及抑制枝晶穿透的重要功能，其性能優(yōu)劣對(duì)電池整體運(yùn)行穩(wěn)定性具有決定性影響。傳統(tǒng)的玻璃纖維（GF）隔膜孔徑無序、電解液浸潤性差，導(dǎo)致鈉金屬沉積不均勻。
本研究圍繞鈉金屬電池中界面不穩(wěn)定與離子遷移受限的核心挑戰(zhàn)，提出并構(gòu)建了一種雙極性功能團(tuán)（?F與?SO?H）協(xié)同修飾的UFS2@GF隔膜。該隔膜在結(jié)構(gòu)層面實(shí)現(xiàn)了對(duì)Na?脫溶劑化、遷移動(dòng)力學(xué)和成核行為的多重調(diào)控，在界面層面誘導(dǎo)形成富無機(jī)組分的穩(wěn)定SEI，顯著抑制枝晶生長與副反應(yīng)，整體提升了電化學(xué)性能與循環(huán)穩(wěn)定性。DFT進(jìn)一步揭示了MOF骨架對(duì)Na?吸附與遷移路徑的本征調(diào)控機(jī)制，為實(shí)驗(yàn)結(jié)果提供了理論支撐。
UFS2@GF隔膜的SMBs中鈉沉積/剝離行為示意圖
理論計(jì)算揭秘MOF骨架的“離子高速通道”：UFS2@GF中親鈉特性及擴(kuò)散機(jī)制模擬
全電池性能驗(yàn)證：兼顧高倍率與長壽命
研究得到國家自然科學(xué)基金、廣西壯族自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目資助。相關(guān)成果以Synergistic Dual-Polar-Functionalized Metal?Organic Framework-Modified Separator for Stable and High-Performance Sodium Metal Batteries為題發(fā)表于ACS Nano。論文第一作者為博士研究生呂佳澤，通訊作者為曹晏研究員。
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