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(guó)際重要頂級(jí)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(lè)、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(duì)本工作給予了指導(dǎo)。

由于資源豐富且成本低廉，鈉儲(chǔ)能電池是不斷增加的下一代大規(guī)模儲(chǔ)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(duì)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(wú)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(wú)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(guò)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(wú)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(duì)于這些電池來(lái)說(shuō)，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(duì)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(guò)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(rùn)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(rùn)濕性；通過(guò)對(duì)高耐熱性的聚丙烯腈無(wú)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(guò)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(duì)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(cè)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(guó)家自然科學(xué)基金、河南省高層次人才國(guó)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。

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