采用凝膠聚合物電解質（GPE）的鈉金屬電池（SMB）具有理論容量高、生產成本低的特點，被視為高能量密度電池的理想候選材料。然而，凝膠聚合物電解質固有的易燃性以及因機械性能和界面穩定性較差而導致的不受控制的鈉枝晶阻礙了其實際應用。
近日，江南大學劉天西教授、陳蘇莉副教授通過化學接枝偶聯策略設計了一種陰離子捕獲型防火復合凝膠電解質（AT-FCGE），其中用作納米交聯劑和陰離子捕獲劑的功能化氮化硼納米片（M-BNN）與聚（偏氟乙烯-共-六氟丙烯）基質中的聚（乙二醇）二丙烯酸酯偶聯，以加速Na+傳輸并抑制枝晶生長。實驗和計算研究表明，具有豐富路易斯酸位點的M-BNNs的陰離子捕獲效應可促進鹽的解離，從而顯著提高離子電導率和Na+傳輸數。同時，高交聯半互穿網絡的形成可在不犧牲機械性能的前提下有效地原位封裝不易燃的磷酸鹽。因此，AT-FCGE在Na+傳導性、機械性能和優異的界面穩定性方面都有顯著提高。結果，AT-FCGE使Na/Na對稱電池實現了無枝晶的長期穩定性，并在固態SMB中展示了突出的電化學性能。總體而言，該方法為阻燃凝膠電解質在高性能SMB及其他領域的巨大潛力提供了更廣闊的前景。
文章要點：
1. 這項工作通過接枝偶聯策略構建了具有優異界面穩定性的陰離子捕獲防火復合凝膠電解質（AT-FCGE），其中氮化硼納米片（BNN）與聚（乙二醇）二丙烯酸酯（PEGDA）通過硅烷偶聯劑在聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯（PVDF-HFP）基體中化學偶聯。
2. 接枝偶聯的實施可形成高度交聯的半互穿網絡，從而在不犧牲GPE機械性能的情況下原位封裝不易燃的磷酸鹽。此外，由于硼具有豐富的路易斯酸位點，作為陰離子捕獲劑的BNNs能有效促進鈉鹽的解離，限制陰離子在電解質中的移動，從而實現快速的Na+遷移能力和較小的濃度梯度。
3. 憑借這些優勢，AT-FCGE具有優異的離子電導率、較高的Na+遷移數、更強的機械性能和界面穩定性。理論計算和分子動力學模擬證實了 AT-FCGE 中 Na+ 的快速遷移機制。
4. 采用AT-FCGE的Na/Na對稱電池實現了超穩定的無枝晶循環，在0.1 mA cm-2條件下循環壽命超過1000小時。此外，采用AT-FCGE的固態SMB在2 C下循環1000次后顯示出87.8%的高容量保持率，為設計高性能阻燃GPE提供了啟示。
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