鈉金屬電池被認為是最有前途的低成本高能量密度電化學儲能系統(tǒng)之一,然而不利的鈉金屬沉積和有限的電池循環(huán)壽命阻礙了該電池系統(tǒng)的大規(guī)模應用。在此,中科院大連化物所吳忠?guī)浹芯繂T、葉茂研究員及中科大余彥教授等人開發(fā)了具有可定義孔徑和薄片厚度的2D介孔聚多巴胺-石墨烯 (mPG) 異質(zhì)結構,用于穩(wěn)定、高容量的Na金屬負極。采用自支撐氧化石墨烯(GO)2D基底和可變介孔SiO2納米球模板,成功地合成了孔徑可調(diào)(7、12、22 nm)、片厚度可調(diào)(14、20、28 nm),且具有高比表面積(SSA, 144、157、114 m2 g-1)的2D夾心狀MPG異質(zhì)結構。圖1. mPG-12@PP隔膜的表征和性能由于親鈉的聚多巴胺表面、有缺陷的石墨烯層、均勻的介孔結構和高SSA,2D mPG異質(zhì)結構被用作聚丙烯隔膜(PP)涂層,使Na金屬負極的庫侖效率>99.5%,在1 mA cm-2和1 mAh cm-2下可以穩(wěn)定循環(huán)約2000 h,在25 mA?cm-2下實現(xiàn)了25 mAh cm-2的倍率性能。通過與碳涂層的Na3V2(PO4)3 (NVP@C)正極相結合,MPG基Na||NVP@C全電池表現(xiàn)出穩(wěn)定的循環(huán)性能,500次循環(huán)后容量保持率達90%,在30 C(1 C=117.6 mA g-1)時的倍率容量為75 mAh g-1。該策略為設計2D介孔聚合物材料用于下一代安全、可充電的鈉金屬電池鋪平了新的途徑。圖2. ?Na?||NVP@C全電池的電化學性能Achieving stable Na metal cycling via polydopamine/multilayer graphene coating of a polypropylene separator, Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-26032-1