鈉金屬電池（SMBs）是低成本但高能量存儲應用有希望的候選者。當液態(tài)電解質(LEs)被凝膠聚合物電解質(GPEs)取代后，SMBs的長期穩(wěn)定性和安全性都會大大提高。然而，GPEs較低的室溫（RT）離子電導率和較差的界面相容性嚴重限制了它們的實際應用。

天津大學陶瑩等通過原位聚合開發(fā)了一種具有優(yōu)異界面相容性和高室溫離子電導率的聚丙烯酸丁酯基GPE。

圖1. PBA基GPE的原位制備過程示意圖

該GPE是通過在組裝電池中熱聚合丙烯酸丁酯(BA)單體原位合成的，所得GPE的室溫離子電導率高達1.6 mS cm^-1，其離子電導率也表現出優(yōu)異的溫度適應性，在50 °C時為3.4 mS cm^-1，在0 °C時為0.6 mS cm^-1，并可有效抑制鈉枝晶的生長。此外，所得GPE具有高達 4 V 的電化學穩(wěn)定窗口，可滿足SMBs的正極需求。

研究顯示，采用這種GPE組裝的Na||GPE||Na對稱電池的臨界電流密度可達1 mA cm^-2，并在室溫下以0.2 mA cm^-2的電流密度可穩(wěn)定循環(huán)900 h以上。

圖2. Na||GPE||Na對稱電池的表征

此外，這項工作還證明了聚合物重復單元中的C=O基團優(yōu)先溶劑化GPE中的Na⁺，并導致Na溶劑化能比液態(tài)電解質低，這提供了更容易的去溶劑化并進一步在SMBs中提供更高的倍率性能。

此外，NVP||GPE||Na軟包電池也表現出穩(wěn)定的循環(huán)和優(yōu)異的柔韌性，進一步證明了其廣泛的適用性。這項工作不僅為開發(fā)室溫SMBs提供了可靠的GPE，而且還為聚合物框架在SMBs倍率性能中的作用提供了新的見解。

圖3. SMB的電化學性能和Na⁺的溶劑化結構