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圖1. 電解質(zhì)的設(shè)計(jì)思路及表征測(cè)試圖

基于對(duì)電子結(jié)構(gòu)的分析，選用富酯基聚合物單體與SN進(jìn)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(shí)，熱重-紅外測(cè)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(jī)制理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)表征

采用分子動(dòng)力學(xué)模擬、DFT計(jì)算、紅外、Raman、固體核磁等測(cè)試技術(shù)進(jìn)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(jìn)行傳輸，Na⁺還可以依靠聚合物中氧原子位點(diǎn)進(jìn)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(shí)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(jí)上升，說(shuō)明引入聚合物單體可改善電解質(zhì)對(duì)負(fù)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(wú)機(jī)組分，優(yōu)化了Na⁺在SEI中的傳輸動(dòng)力學(xué)。

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(shí)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(dǎo)，材料學(xué)院副院長(zhǎng)、國(guó)家優(yōu)青。擔(dān)任JKW能源領(lǐng)域項(xiàng)目指南編寫專家、教育部首批全國(guó)高校黃大年式教師團(tuán)隊(duì)、科技部重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)核心成員。主要從事芳雜環(huán)聚合物基電化學(xué)能源材料及器件構(gòu)筑，及其儲(chǔ)鋰/鈉電化學(xué)性能的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目專題、國(guó)家臨近空間產(chǎn)業(yè)基金重點(diǎn)項(xiàng)目等。在能源材料領(lǐng)域和交叉學(xué)科期刊如Energy Environ. Sci.、Angew Chem. Int. Ed.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、eScience等發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇，授權(quán)國(guó)際/國(guó)內(nèi)發(fā)明專利30余項(xiàng)。指導(dǎo)學(xué)生獲“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)特等獎(jiǎng)、國(guó)家級(jí)學(xué)會(huì)優(yōu)秀博士論文獎(jiǎng)等。主編教育部高等學(xué)校材料類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)規(guī)劃教材1部、撰寫學(xué)術(shù)專著1部，撰寫能源領(lǐng)域咨政建議被教育部及上級(jí)單位采用。獲大連市自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（排1）、遼寧青年科技獎(jiǎng)、遼寧省“興遼英才計(jì)劃”青年拔尖、大連市“杰出青年科技人才”等學(xué)術(shù)榮譽(yù)與稱號(hào)。