南开AFM：纳米约束电解液实现可持续钠离子电池

钠离子电池（SIBs）因其低成本、丰富的上游资源以及与锂离子电池兼容的制备工艺而被认为是大规模电化学储能装置的理想候选材料。然而，液态电解液中的高活性游离溶剂分子会在电极和电解液之间引发持续的界面副反应，从而降低SIBs的循环性能。

图1 普通液态电解液和MOF约束电解液的比较

南开大学张凯等首先利用具有1.1 nm均匀纳米孔道的铜基金属有机框架（Cu-MOF-74）作为SIBs电解液的约束骨架，以提供纳米通道来物理约束溶剂，从而创造开放金属位点（OMS）来与钠盐进行化学配位。通过DFT模拟和固态核磁共振（SSNMR）的结合，作者研究发现约束效应会促使电解液形成高度聚集的溶剂化结构，这有利于抑制电极-电解质界面副反应并提高电解液的热稳定性。

图2 电解液的溶剂化结构表征

因此，采用MOF约束电解液的Na₃V₂(PO₄)₃(NVP)正极实现了3000次循环的超长寿命和93%的容量保持率。此外，采用纳米约束电解液的电池还能在60℃的高温下工作600多次。这项研究提出了一种制备可持续SIBs的可行方法，也为解决电化学储能系统中电解液和电极之间的副反应提供了指导。

图3 电化学性能研究

Nano-Confined Electrolyte for Sustainable Sodium-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2024. DOI: 10.1002/adfm.202314288

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