基于增强型聚合物电解质与预钠化3D InSb@Cu负极的集成固态钠金属电池研究

为解决固态钠金属电池(SSMBs)中固体聚合物电解质(SPEs)室温离子电导率低、机械强度差等问题，研究人员开发出ABC-PDOL复合电解质与3D InSb@Cu负极的集成系统。该体系通过Al(CF3SO3)3锚定细菌纤维素增强的PDOL电解质实现15.21 MPa机械强度与1.8×10?4 S cm?1离子电导率(30°C)，配合具有丰富亲钠位点的3D负极实现6 mAh cm?2无枝晶沉积，在1.4 mA cm?2高电流密度下展现优异界面稳定性，为宽温域(25-80°C)储能提供新思路。

　　

这项突破性研究展示了一种创新的固态钠金属电池(SSMB)设计方案。科研人员巧妙地将超薄自聚合固体聚合物电解质(SPE)膜与多孔三维InSb@Cu基底相结合，创造出性能卓越的储能系统。其中采用三氟甲磺酸铝(Al(CF₃SO₃)₃)锚定细菌纤维素(BC)增强的聚二氧戊环(PDOL)基电解质(简称ABC-PDOL)，不仅具备15.21兆帕的超高机械强度，更在30°C下实现1.8×10^?4 S cm^?1的优异离子电导率，钠离子迁移数高达0.67。

特别引人注目的是三维InSb@Cu基底的设计，其表面丰富的Na-In/Na-Sb亲钠位点犹如精心设计的"钠离子旅馆"，可引导钠金属均匀沉积，实现高达6 mAh cm^?2的无枝晶沉积容量。即使在1.4 mA cm^?2的严苛电流密度下，该体系仍能保持出色的界面相容性。

当组装成层叠软包电池时，这种3D Na-InSb@Cu|ABC-PDOL|Na₃V₂(PO₄)₃构型展现出令人惊喜的宽温域适应性(25-80°C)，在5C倍率下仍保持稳定循环。通过原位X射线衍射-电化学阻抗-弛豫时间分布(operando XRD-EIS-DRT)联用技术，研究人员成功捕捉到正极材料可逆的晶格演变过程，并证实了3D合金/SPE界面处增强的钠离子扩散动力学，为未来高性能固态电池设计提供了重要理论依据和实践方案。