​东北师大吴兴隆Angew.：高性能钠离子电池用纤维素基复合隔膜及其“孔隙-跳跃”离子传输机制

近些年来，钠离子电池（SIBs）具有的安全优势和丰富钠储备量，使其在大规模能源储存方面表现出广阔的应用前景。纤维素基材料具有的低廉价格优势，在SIBs隔膜应用中显示出大的应用潜力。然而，在纤维素隔膜的实际使用中存在一些严重的缺陷（例如有限的稳定性和机械强度等）。

在此，东北师范大学的吴兴隆团队采用纤维素基隔膜(CP)与聚碳酸丙烯酯(PPC)浸渍固化制备了复合隔膜(CP@PPC)。在PPC的帮助下，CP@PPC中的多样化运输为Na⁺迁移提供了额外的途径。特别的是，特殊的“孔跳”离子传输机制允许隔膜在高电压下稳定运行。CP@PPC隔膜不仅具有较高的离子迁移数(0.613)和电化学稳定窗口(高达4.95 V)，而且在特定场景下可以承受折叠、弯曲和高温。

图1. CP@PPC隔膜的“跳孔”离子输运机制

此外，通过理论计算和物理化学表征，证明了CP隔膜浸泡固化PPC复合材料是一种简单有效的改性策略，能充分激发Na⁺通量。通过利用PPC附着在CP上的功能化复合结构，机械强度和离子传导性同时得到提高。尤其是CP@PPC能在一定条件下的恶劣环境中（高温、机械破坏和高电压）运行，为其在SIB中的使用提供了更多的可能性。

无论半电池还是全电池，使用CP@PPC隔膜的电池，几乎摆脱了孔隙率的影响，显示出值得称道的电化学性能。在2C的电流密度下，即使在500次以上的循环中，电池的容量保持率超过了96%。这意味着运用聚合物电解质类似物的隔膜修饰设计不仅为实现高通量SIBs奠定了基础，也为其他电池体系的隔膜设计提供了思路。

图2. 隔膜的全电池应用

“Pore-Hopping” Ion Transport in Cellulose-Based Separator Towards High-Performance Sodium-Ion Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202300258