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?三單位聯合Angew：安全高性能全固態鈉金屬電池

圖1 聚合物-in-MOF SICSPE合成的示意圖

中北大學胡勝亮、張錦芳、溫州大學侴術雷、昆士蘭大學Qingbing Xia等提出了一種聚合物-in-MOF單離子導電固態聚合物電解質（SICSPE）的概念設計，它能顯著提高固態鈉金屬電池的電化學性能。在這種設計巧妙的SICSPE中，作為Na⁺載體和傳輸介質的聚合物片段被現場限制在ZIF-8顆粒的納米孔中，并通過路易斯酸堿相互作用來實現。

這種獨特的聚合物-in-MOF SICSPE具有以下顯著優點：（1）ZIF-8與聚合物片段之間強大的路易斯酸堿相互作用使Na⁺處于弱配位狀態，從而有效促進Na⁺解離，增加Na⁺遷移次數，改善Na⁺遷移；（2）ZIF-8顆粒內豐富的納米孔提供了定向有序的遷移通道，可促進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定的電化學性能；（4）機械柔韌性有利于抑制Na枝晶的侵蝕生長。

圖2 電解質的電化學特性

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

圖3 電化學性能研究

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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