近些年來，鈉離子電池（SIBs）具有的安全優(yōu)勢和豐富鈉儲備量，使其在大規(guī)模能源儲存方面表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。纖維素基材料具有的低廉價格優(yōu)勢，在SIBs隔膜應(yīng)用中顯示出大的應(yīng)用潛力。然而，在纖維素隔膜的實際使用中存在一些嚴重的缺陷（例如有限的穩(wěn)定性和機械強度等）。

在此，東北師范大學(xué)的吳興隆團隊采用纖維素基隔膜(CP)與聚碳酸丙烯酯(PPC)浸漬固化制備了復(fù)合隔膜(CP@PPC)。在PPC的幫助下，CP@PPC中的多樣化運輸為Na⁺遷移提供了額外的途徑。特別的是，特殊的“孔跳”離子傳輸機制允許隔膜在高電壓下穩(wěn)定運行。CP@PPC隔膜不僅具有較高的離子遷移數(shù)(0.613)和電化學(xué)穩(wěn)定窗口(高達4.95 V)，而且在特定場景下可以承受折疊、彎曲和高溫。

圖1. CP@PPC隔膜的“跳孔”離子輸運機制

此外，通過理論計算和物理化學(xué)表征，證明了CP隔膜浸泡固化PPC復(fù)合材料是一種簡單有效的改性策略，能充分激發(fā)Na⁺通量。通過利用PPC附著在CP上的功能化復(fù)合結(jié)構(gòu)，機械強度和離子傳導(dǎo)性同時得到提高。尤其是CP@PPC能在一定條件下的惡劣環(huán)境中（高溫、機械破壞和高電壓）運行，為其在SIB中的使用提供了更多的可能性。

無論半電池還是全電池，使用CP@PPC隔膜的電池，幾乎擺脫了孔隙率的影響，顯示出值得稱道的電化學(xué)性能。在2C的電流密度下，即使在500次以上的循環(huán)中，電池的容量保持率超過了96%。這意味著運用聚合物電解質(zhì)類似物的隔膜修飾設(shè)計不僅為實現(xiàn)高通量SIBs奠定了基礎(chǔ)，也為其他電池體系的隔膜設(shè)計提供了思路。

圖2. 隔膜的全電池應(yīng)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