AEM：PTFE纳米球调节离子通量实现长寿命锂/钠金属电池

由于连续充放电过程中枝晶的生长以及相关的不稳定的固体电解质界面，目前碱金属电池的实际应用仍然面临着巨大的挑战。

图1 材料制备及表征

伊比利亚国际纳米技术实验室刘利峰、天津理工大学Yi Li、巴伊兰大学Gil Goobes等发现通过采用浸有聚四氟乙烯纳米球（PTFE-NSs）的玻璃纤维（GF）隔膜调节Li⁺和Na⁺的通量，可以从根本上减轻锂和钠金属电池的枝晶，从而在充电过程中实现Li和Na的均匀沉积。

COMSOL Multiphysics模拟显示，在GF隔膜中引入带负电的PTFE-NSs，增强了负极附近的局部电场，从而促进了Li和Na阳离子的转移。此外，PTFE-NSs的高密度分布调节了通过隔膜的Li⁺和Na⁺离子流，导致了碱金属的均匀沉积，并大大抑制了枝晶的形成和生长。

图2 COMSOL Multiphysics模拟

受益于上述优势，利用PTFE-GF隔膜的Li/Li和Na/Na对称电池在0.5 mA cm^-2的条件下分别显示出1245和2750小时的出色循环稳定性。此外，Li/LiFePO₄和Na/Na₃V₂(PO₄)₂F₃全电池在PTFE-GF隔膜的存在下，在1C的循环中也表现出显著改善的容量保持。核磁共振光谱研究表明，PTFE-NSs在GF中的浸渍有助于”释放”更多的Li⁺和Na⁺，并改变了离子和溶剂之间的配位作用，从而有助于提高电化学性能。

图3 电化学性能研究

Ion Flux Regulation through PTFE Nanospheres Impregnated in Glass Fiber Separators for Long-Lived Lithium and Sodium Metal Batteries. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202204420

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