
在钠金属电池(SMBs)中,电解质中金属有机骨架(MOFs)孔结构的可调性增强了钠离子的传输和阴离子的选择性,然而这些孔隙结构的潜在机制,特别是离子传输和阴离子过滤的机制尚不清楚。

在此,陕西科技大学黄文欢,海南大学周威等人合成了两种具有柱状一维通道的锌基唑杂化框架(AHF)。结果显示,制备的MOF基电解质BPDC@PH在35℃下的离子迁移率为0.87,离子电导率为7.74 × 10−4 S cm−1,在1.0 mA cm−2下的循环稳定性超过1000小时,与现有的MOF基电解质相当。
DFT计算和MD模拟表c明,扩大的AHF-BPDC通道增强了Na+的扩散和TFSI–的吸附,扩散系数为5.733 × 10−10 m2 s−1,飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)符合高效NaTFSI传输和快速NaF沉积,确保了1000循环的稳定性和99%以上的效率。

图1. DFT计算与MD模拟
总之,该工作合成了AHF-PDC和AHF-BPDC两种具有六边形通道结构的阴离子杂化骨架,并将其嵌入PVDF-HFP中,制备了MOF基固体凝胶电解质。密度泛函理论DFT计算和分子动力学MD模拟表明,精细化MOF通道内的特定官能团(甲基和氮原子)有助于TFSI–的吸收,并加速Na+的扩散,从而提高BPDC@PH电解质的钠离子迁移率(0.87)和离子电导率(7.74 × 10−4 S cm−1)。
基于此,富含NaF的SEI层保证了Na+离子的均匀沉积,提高了电化学性能和稳定性。此外,NVP|MOF@PH|Na电池具有优异的比容量和稳定性,这些特性在软包电池中得到很好的保持。因此,该工作为MOF通道静电约束对金属离子迁移机制的影响提供了新的见解,并为设计高效固态金属钠电池电解质提供了指导。

图2. 电池性能
Enhanced Ionic Diffusion via Refined Pillared 1D Channels for Sodium Metal Batteries, Advanced Functional Materials 2025 DOI: 10.1002/adfm.202420572