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?三單位聯(lián)合Angew：安全高性能全固態(tài)鈉金屬電池

圖1 聚合物-in-MOF SICSPE合成的示意圖

中北大學(xué)胡勝亮、張錦芳、溫州大學(xué)侴術(shù)雷、昆士蘭大學(xué)Qingbing Xia等提出了一種聚合物-in-MOF單離子導(dǎo)電固態(tài)聚合物電解質(zhì)（SICSPE）的概念設(shè)計(jì)，它能顯著提高固態(tài)鈉金屬電池的電化學(xué)性能。在這種設(shè)計(jì)巧妙的SICSPE中，作為Na⁺載體和傳輸介質(zhì)的聚合物片段被現(xiàn)場(chǎng)限制在ZIF-8顆粒的納米孔中，并通過(guò)路易斯酸堿相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。

這種獨(dú)特的聚合物-in-MOF SICSPE具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：（1）ZIF-8與聚合物片段之間強(qiáng)大的路易斯酸堿相互作用使Na⁺處于弱配位狀態(tài)，從而有效促進(jìn)Na⁺解離，增加Na⁺遷移次數(shù)，改善Na⁺遷移；（2）ZIF-8顆粒內(nèi)豐富的納米孔提供了定向有序的遷移通道，可促進(jìn)Na⁺的快速遷移；（3）與電極之間良好的界面相容性確保了高度穩(wěn)定的電化學(xué)性能；（4）機(jī)械柔韌性有利于抑制Na枝晶的侵蝕生長(zhǎng)。

圖2 電解質(zhì)的電化學(xué)特性

因此，聚合物-MOF SICSPE的σ_Na+增強(qiáng)值為4.01×10-4 S cm^-1，t_Na+為0.87，電化學(xué)穩(wěn)定窗口寬達(dá)4.89 V（vs. Na/Na⁺）。因此，采用聚合物-in-MOF SICSPE組裝的Na₃V₂(PO₄)₃//Na電池具有無(wú)枝晶的Na金屬表面、良好的倍率能力和出色的循環(huán)穩(wěn)定性，其在苛刻的工作條件下循環(huán)300次后可保持96%的容量。這種創(chuàng)新的MOF聚合物設(shè)計(jì)為推進(jìn)高性能和安全的固態(tài)金屬電池技術(shù)提供了一種引人注目的策略。

圖3 電化學(xué)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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