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

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模儲能系統之一。然而，由于負極上與枝晶有關的危害，它們的可行性受到了嚴重的阻礙。對此，陳衛華教授研究團隊制備了一種由蜂窩狀結構纖維組成的新型超?。?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，蜂窩狀結構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構，實現了離子傳導性增強的富無機固體電解質界面的耐久性。此外，憑借所設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了穩定的操作。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性，從而證明了其實際應用的潛力。這項工作為高安全鈉離子電池隔膜的設計提供了獨特見解，對高安全性、高能量密度的鈉離子電池具有重要意義。

此外，陳衛華教授團隊設計并合成系列界面改性柔性聚合物隔膜。通過界面化學官能團調控，制備了在多種電解液溶劑中(EC/PC、EC/DMC、DGM和TGM)化學穩定性強、浸潤性好的低成本改性乙酸纖維素無紡布隔膜；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優化并協同引入熱阻性能佳的SiO2氣凝膠，構筑了高柔性、高機械性能、耐熱性強(350 °C)的復合隔膜；通過氧化石墨烯涂覆調控聚合物分子表面官能團種類，增加離子傳輸位點，將t Na+由0.42提升至0.70。相關柔性隔膜已在放大化試驗中，可在實驗室內小批量有序供應。此外，基于對隔膜設計合成的實踐經驗，陳衛華教授團隊總結了隔膜設計規律、測試表征及研究進展發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。

這些研究得到了國家自然科學基金、河南省高層次人才國際化培養項目、河南省科技廳和鄭州大學等基金的資助。

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