ESM：调节交联度的重要性-直接影响离子耦合离子比例与扩散能力- 大数跨境

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ESM：调节交联度的重要性-直接影响离子耦合离子比例与扩散能力

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2026-01-06

导读：ESM：调节交联度的重要性-直接影响离子耦合离子比例与扩散能力

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文章信息

通过交联增强耦合离子比例实现深共晶纤维素凝胶电解质中高效钠离子

传输通讯作者：刘石*，刘雅杰*，邰志新*

单位：江门双碳实验室、广东新型储能国家研究院

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研究背景

钠金属电池（SMBs）因钠资源丰富、成本低廉，成为大规模储能领域的理想候选技术，但液态电解液的泄漏风险与钠枝晶生长问题严重制约其实际应用。凝胶聚合物电解质（GPEs）通过聚合物网络禁锢电解液，兼顾高离子电导率与界面稳定性，却面临耦合离子比例低、钠离子迁移数（tNa⁺）不足（0.3-0.5）、浓度极化显著等瓶颈。

现有改进策略中，纳米填料易团聚、化学修饰依赖有毒溶剂、单离子导体制备复杂，亟需一种简便高效且环保的解决方案。深共晶电解质（DEEs）具备低挥发性、高安全性等优势，而天然纤维素的羟基与酯基可调控离子传输，二者的创新性结合为开发高性能电解质提供了新路径。

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文章简介

近日，江门双碳实验室邰志新/刘雅杰课题组在国际知名期刊Energy Storage Materials上发表题为“Crosslinking-enhanced Ratio of Coupling Ions to Achieve Efficient Sodium Transport in Eutectic Cellulose Gel Electrolytes”的观点文章。该工作提出一种通过调控聚合物交联度优化耦合离子比例的创新策略，将深共晶电解质（DEE）与交联纤维素网络相结合，构建了兼具高安全性、高离子传输效率与优异界面稳定性的新型凝胶电解质，为高性能钠金属电池的发展提供了关键技术支撑。

图1. 耦合离子比例对离子传输与沉积过程影响的示意图

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本文要点

要点一：

创新设计策略：通过化学接枝与原位聚合构建交联纤维素网络，将 1,2 - 二甲基咪唑（DI）与 NaClO₄组成的 DEE 禁锢其中，通过调控交联度（CD）精准调节离子与聚合物官能团的空间距离，实现耦合离子比例的定向优化。图1为共晶电解液和电解质的相关表征。

图2. a) 制备NDx电解质的合成路径示意图。b, c) 不同NDx电解质与NaClO₄、DI在特定波数范围的傅里叶变换红外光谱（FTIR）。d) 不同NDx电解质与NaClO₄、DI的拉曼光谱。e) 不同NDx电解质与DI的氢核磁共振谱（¹H NMR）。f) NDx电解质中多重相互作用的示意图。玻璃纤维经处理后的扫描电镜（SEM）图像：g) 玻璃纤维（GF）；h) 纤维素凝胶电解质（GE）（插图：GF与GE电解质的实物照片）。i) GE-2的截面图像及对应元素 mapping 图。j) 商用碳酸盐电解质（1MNaClO₄溶PC:FEC=95:5体积比）与GE的点火测试。k) 碳酸盐电解质与l) GE-2的热重-傅里叶变换红外光谱（TG-FTIR）三维图。

要点二：

卓越电解质性能：最优样品 GE-2 在 25℃下展现 1.86 mS cm⁻¹ 的高离子电导率，钠离子迁移数达 0.64；兼具不燃特性与优异热稳定性（300℃以下无明显质量损失），解决传统电解液安全隐患。超强界面稳定性：在 0.1 mA cm⁻² 电流密度下，钠对称电池可稳定循环超 1900 h，0.5 mA cm⁻² 下循环 700 h 无短路；能诱导形成富含无机组分稳定 SEI 层，有效抑制钠枝晶生长，钠沉积表面致密光滑。