近日，郑州大学化学学院陈卫华教授团队在高安全、高能量密度钠离子电池隔膜设计及其性能研究方面取得重要进展，在国际重要顶级期刊《Advanced Materials》发表题为“An Ultra-thin Nonporous Polymer Separator Regulates Na Transfer Toward Dendrite-free Sodium Storage Batteries”的原创性研究论文。论文第一作者为研究生李鑫乐、张继雨和郭小妞，通讯作者为陈卫华教授。郑州大学化学学院为第一作者单位和通讯单位。澳大利亚科学院院士窦世学教授对本工作给予了指导。

由于资源丰富且成本低廉，钠储能电池是不断增加的下一代大规模储能系统之一。然而，由于负极上与枝晶有关的危害，它们的可行性受到了严重的阻碍。对此，陈卫华教授研究团队制备了一种由蜂窝状结构纤维组成的新型超薄（8微米）外部无孔隔膜，以用于均匀的Na沉积和抑制枝晶渗透。研究显示，蜂窝状结构的纤维具有巨大的电解液吸收能力（376.7%）和聚合物固有的传输能力，这使无阻碍的离子传输大大受益。此外，由聚醚砜和聚偏二乙烯组成的极性聚合物链通过大量的溶剂固定化定制了电解液的高度聚集溶剂化结构，实现了离子传导性增强的富无机固体电解质界面的耐久性。此外，凭借所设计隔膜的可靠机械强度，组装的钠离子全电池提供了显著提高的能量密度和高安全性，从而在切割和轧制条件下实现了稳定的操作。另外，所制备的隔膜可以进一步推广到锂基电池中，对于这些电池来说，可以获得明显的枝晶抑制和循环性，从而证明了其实际应用的潜力。这项工作为高安全钠离子电池隔膜的设计提供了独特见解，对高安全性、高能量密度的钠离子电池具有重要意义。

此外，陈卫华教授团队设计并合成系列界面改性柔性聚合物隔膜。通过界面化学官能团调控，制备了在多种电解液溶剂中(EC/PC、EC/DMC、DGM和TGM)化学稳定性强、浸润性好的低成本改性乙酸纤维素无纺布隔膜；采用疏水性SiO2气凝胶表面修饰可有效提升商用聚丙烯隔膜的安全特性和润湿性；通过对高耐热性的聚丙烯腈无纺布表面官能团优化并协同引入热阻性能佳的SiO2气凝胶，构筑了高柔性、高机械性能、耐热性强(350 °C)的复合隔膜；通过氧化石墨烯涂覆调控聚合物分子表面官能团种类，增加离子传输位点，将t Na+由0.42提升至0.70。相关柔性隔膜已在放大化试验中，可在实验室内小批量有序供应。此外，基于对隔膜设计合成的实践经验，陈卫华教授团队总结了隔膜设计规律、测试表征及研究进展发表电池隔膜综述文章；受邀撰写英文书籍《Handbook of sodium-ion Batteries: Materials and Characterisations》中隔膜章节。

这些研究得到了国家自然科学基金、河南省高层次人才国际化培养项目、河南省科技厅和郑州大学等基金的资助。

全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202203547