研究揭示金属有机框架隔膜性能的新机制

近日，中国科学院广州能源研究所研究员曹晏团队在国家自然科学基金、广西壮族自治区重点研发计划等项目的资助下，研究揭示了一种双极性功能协同调控金属有机框架隔膜性能的新机制。相关成果发表于《美国化学学会·纳米》（ACS Nano）。

论文第一作者、中国科学院广州能源研究所博士研究生吕佳泽表示，钠金属电池因其丰富的资源储量、较低原材料成本以及高达1165 mAh g^-1的理论比容量，被广泛认为是锂离子电池的潜在替代技术。

在此背景下，隔膜作为关键界面结构，承担着引导钠离子通量、维持电解液分布均匀性及抑制枝晶穿透的重要功能，其性能优劣对电池整体运行稳定性具有决定性影响。传统的玻璃纤维隔膜孔径无序、电解液浸润性差，导致钠金属沉积不均匀。

本研究围绕钠金属电池中界面不稳定与离子迁移受限的核心挑战，提出并构建了一种双极性功能团（-F与-SO₃H）协同修饰的UFS2@GF隔膜。该隔膜在结构层面实现了对钠离子脱溶剂化、迁移动力学和成核行为的多重调控，在界面层面诱导形成富无机组分的稳定固体电解质界面，显著抑制枝晶生长与副反应，整体提升了电化学性能与循环稳定性。离散傅立叶变换进一步揭示了金属有机框架骨架对钠离子吸附与迁移路径的本征调控机制，为实验结果提供了理论支撑。

该研究证实，经过精确调控的具有双极性官能团UIO-66金属有机框架与隔膜相复合可显著提升钠金属电池的循环寿命，在10C高倍率测试中表现出超2000次循环的超高稳定性。

相关论文信息：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c04051