原创声明：本文为【新威智能】原创文章，转载及相关事宜请联系小智（微信号：nwMobile）。
第一作者：杨佳霖、赵欣欣
通讯作者：吴兴隆
通讯单位：东北师范大学
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）。
针对上述问题，来自东北师范大学的吴兴隆教授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、弯曲和高温等苛刻条件。与使用CP隔膜的电池相比，使用CP@PPC隔膜的全电池在500次循环后，在2C下的容量保留率(96.97%)高于使用CP隔膜的细胞。相关工作以题为""Pore-Hopping" Ion Transport in Cellulose-Based Separator Towards High-Performance Sodium-Ion Batteries"发表在Angewandte Chemie International Edition，共同第一作者为博士生杨佳霖和博士生赵欣欣。
1）电解质类似物和隔膜的整合，通过在纤维素基础上的浸泡固化，创新性地用于SIBs。
2）通过理论计算和推理，在CP@PPC隔膜中得到了奇特的离子传输机制：PPC链上的官能团为那些低效或无效的离子迁移开辟了另一条传输路径，并巧妙地克服了CP中唯一有限的孔隙传输的高障碍限制，从而提高了离子通量（离子传输数提升到0.613）。
3）具有PPC缓冲效应的CP@PPC隔膜在SIB中显示出相当大的安全性。
4）仅仅凭一个简单的修饰使得CP@PPC隔膜的离子传导性（0.686 mS cm-1）、电化学稳定性（高达4.95 V）和界面兼容性方面有了很大的改善。
图1. 隔膜的结构表征。a）CP隔膜的SEM图像；b）CP@PPC隔膜的SEM图像。 c）CP@PPC隔膜的TGA曲线。d) CP@PPC隔膜的XRD图谱。 e) CP隔膜与CP@PPC隔膜和PPC的拉曼光谱图。
图2. 隔膜的机械强度和热稳定性能。a) CP隔膜和b) CP@PPC隔膜的接触角。 c)-f) CP@PPC隔膜的柔性演示。g) CP隔膜与CP@PPC隔膜的应力-应变曲线。 h) CP隔膜与CP@PPC隔膜在不同工作温度下的热稳定性。
图3.a）电化学稳定性窗口；b）CP隔膜与CP@PPC隔膜在Na||Na对称电池中的奈奎斯特图。c)CP@PPC隔膜与d) CP隔膜在Na||Na对称电池中的时间-安培曲线和ESI图（插图）。
图4. a) CP@PPC隔膜的 "孔隙-跳跃"离子传输机制示意图。 b) Na+与纤维素和PPC的结合能。
图5. a) NVPOF||CC全电池的示意图。b) NVPOF||CP@PPC||CC全电池的GCD曲线。c) NVPOF||CP||CC全电池和NVPOF||CP@PPC||CC全电池的倍率性能比较。d) NVPOF||CP||CC全电池和NVPOF||CP@PPC||CC全电池的循环性能比较。通过理论分析和物理化学表征，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照亮了高通量SIBs的前进道路，也为其他电池体系的隔膜设计提供了思路。Jia-Lin Yang, Xin-Xin Zhao, Wei Zhang, Kai Ren, Xiao-Xi Luo, Jun-Ming Cao, Shuo-Hang Zheng, Wen-Liang Li, and Xing-Long Wu，"Pore-Hopping" Ion Transport in Cellulose-Based Separator Towards High-Performance Sodium-Ion Batteries. Angewandte Chemie International Edition, https://doi.org/10.1002/anie.202300258 码上阅读原文