研究揭示金屬有機(jī)框架隔膜性能的新機(jī)制

2025.4.29

近日，中國科學(xué)院廣州能源研究所研究員曹晏團(tuán)隊(duì)在國家自然科學(xué)基金、廣西壯族自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助下，研究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。相關(guān)成果發(fā)表于《美國化學(xué)學(xué)會·納米》（ACS Nano）。

論文第一作者、中國科學(xué)院廣州能源研究所博士研究生呂佳澤表示，鈉金屬電池因其豐富的資源儲量、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-SO₃H）協(xié)同修飾的UFS2@GF隔膜。該隔膜在結(jié)構(gòu)層面實(shí)現(xiàn)了對鈉離子脫溶劑化、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)定固體電解質(zhì)界面，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。離散傅立葉變換進(jìn)一步揭示了金屬有機(jī)框架骨架對鈉離子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。

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高倍率測試中表現(xiàn)出超2000次循環(huán)的超高穩(wěn)定性。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c04051

有機(jī)框架

中國科學(xué)報(bào)

喜歡作者我要約稿