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圖1. 電解質(zhì)的設計思路及表征測試圖

基于對電子結(jié)構(gòu)的分析，選用富酯基聚合物單體與SN進行結(jié)合，從而改善了SN上電荷分布不均勻?qū)е碌姆€(wěn)定性欠佳難題。同時，熱重-紅外測試證明了該聚合物體系具有本征安全特征。    

圖2. “雙相協(xié)同”離子傳輸機制理論計算和實驗表征

采用分子動力學模擬、DFT計算、紅外、Raman、固體核磁等測試技術進行結(jié)構(gòu)表征。結(jié)果表明，固態(tài)塑晶型電解質(zhì)中存在“雙相協(xié)同”的高效離子傳輸通道。Na⁺既可以在塑晶相中與SN形成穩(wěn)定的配位結(jié)構(gòu)進行傳輸，Na⁺還可以依靠聚合物中氧原子位點進行傳輸。這種雙相協(xié)同的傳輸通道加速了鈉鹽解離，并降低了Na⁺遷移活化能，實現(xiàn)了Na⁺在電解質(zhì)體相中的高效傳輸。

圖3. SEI分析和分子間相互作用可視化

基于分子軌道理論，在SN與聚合物單體結(jié)合后，LUMO能級上升，說明引入聚合物單體可改善電解質(zhì)對負極的穩(wěn)定性，且SEI中Na₂CO₃組分增加，Na₂CO₃與NaF協(xié)同構(gòu)成SEI中的主要無機組分，優(yōu)化了Na⁺在SEI中的傳輸動力學。

該工作創(chuàng)制了一種新型高性能固態(tài)塑晶型電解質(zhì)，優(yōu)化了Na⁺傳輸通道和SEI組分，實現(xiàn)了Na⁺在電解質(zhì)體相和界面處的高效傳輸。該工作為開發(fā)兼顧高安全和高性能的固態(tài)鈉金屬電池提供了一種新思路。

胡方圓，教授/博導，材料學院副院長、國家優(yōu)青。擔任JKW能源領域項目指南編寫專家、教育部首批全國高校黃大年式教師團隊、科技部重點領域創(chuàng)新團隊核心成員。主要從事芳雜環(huán)聚合物基電化學能源材料及器件構(gòu)筑，及其儲鋰/鈉電化學性能的應用基礎研究。主持國家重點研發(fā)計劃項目專題、國家臨近空間產(chǎn)業(yè)基金重點項目等。在能源材料領域和交叉學科期刊如Energy Environ. Sci.、Angew Chem. Int. Ed.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、eScience等發(fā)表學術論文100余篇，授權國際/國內(nèi)發(fā)明專利30余項。指導學生獲“挑戰(zhàn)杯”全國特等獎、國家級學會優(yōu)秀博士論文獎等。主編教育部高等學校材料類專業(yè)教學指導委員會規(guī)劃教材1部、撰寫學術專著1部，撰寫能源領域咨政建議被教育部及上級單位采用。獲大連市自然科學獎一等獎（排1）、遼寧青年科技獎、遼寧省“興遼英才計劃”青年拔尖、大連市“杰出青年科技人才”等學術榮譽與稱號。