《Energy Stor. Mater.》：非对称阻燃凝胶聚合物电解质实现无枝晶钠金属电池
Facile design of asymmetric flame-retardant gel polymer electrolyte with excellent interfacial stability for sodium metal batteries
Meng Yang, Fan Feng, Zhenhai Shi, Junhong Guo, Rui Wang, Zijian Xu, Zhanming Liu, Tongxiang Cai, Zhenyu Wang, Chuanxi Wang, Suli Chen*, Zi-Feng Ma, Tianxi Liu*
Energy Storage Materials 2023, DOI: 10.1016/j.ensm.2023.01.043
由于钠金属具有高比容量 (1166 mAh g-1) 和低电化学电位 (-2.71 V vs.标准氢电极) ，钠金属电池 (SMBs) 在下一代大规模储能体系中展现出巨大的应用潜力。然而，在传统有机电解液体系中，由于电解液的易燃本质和不可控的钠枝晶生长，SMBs面临严重的安全隐患和性能限制。阻燃凝胶聚合物电解质 (FRGPEs) 结合了固态电解质和阻燃有机电解液的优点，具有优异的室温离子传导率和较高的安全性，因此受到广泛关注。然而，由于FRGPEs中存在大量液态阻燃有机电解液组分，显著削弱了其力学性能并降低了与金属钠负极之间的界面兼容性，进而引发不可控的钠枝晶，这将极大地限制FRGPEs作为SMBs电解质的应用可行性。因此，探索兼具高阻燃性、优异力学性能及良好界面兼容性的FRGPEs以满足SMBs实际应用要求具有重要意义。
近期，江南大学化学与材料工程学院刘天西教授课题组通过在多孔g-C3N4改性的非对称基膜内原位聚合封装磷酸酯类阻燃有机电解液，构建了具有高界面稳定性的非对称阻燃凝胶聚合物电解质 (A-FRGPE) ，以获得高稳定性的钠金属电池。基于独特的结构组成，A-FRGPE表现出高室温离子传导率 (2.0 mS cm−1) 、高钠离子转移数 (0.68) 和宽电化学窗口 (5.63 V vs. Na+/Na) 。研究表明，g-C3N4改性的非对称结构显著提升了凝胶聚合物电解质力学性能和负极界面稳定性，进而有效抑制了钠枝晶生长。得益于A-FRGPE的上述优势，Na/Na对称电池在0.1 mA cm−2电流密度下表现出超过950 h的长循环稳定性。此外，使用FRGPE组装的固态SMBs也表现出优异的循环性能和倍率性能，电池在1 C电流密度下循环1100次后，容量保持率高达96.1%。本工作为钠金属电池及其他碱金属电池凝胶聚合物电解质的开发提供了有益借鉴。
本论文第一作者为化工学院硕士研究生杨梦，通讯作者为刘天西教授和陈苏莉副教授。
论文连接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.01.043
A-FRGPE电化学性能和枝晶抑制机制
