高能量资源丰富的金属电池为下一代可充电设备提供了巨大的吸引力。具有高比容量(Na:1166 mAh g-1; Mg: 3833 mAh cm-3)和低氧化还原电位(Na: -2.71 V ; Mg: -2.38 V vs .标准氢电极)的钠/镁金属被认为是有前途的负极选择。然而，金属负极存在严重的枝晶生长问题，极大地危害了电池的安全性和寿命。
在此，郑州大学陈卫华团队设计了一种经济耐用的隔膜——富含极性基团（CONH、OH、ROR、COOR）的尼龙6-醋酸纤维素无纺布（NCA）。NCA极性基团与电解液溶剂的酸酐/醚基团之间的非选择性偶极相互作用证明了NCA隔膜与各种电解液的广泛兼容性。
NCA聚合物链通过偶极-偶极相互作用吸附电解质溶剂，形成一个溶剂减少的Na+配位的限域空间。这促进了阴离子主导的溶剂化结构，这有助于形成粘弹性SEI，以保护金属负极免受枝晶生长的影响。
同时，NCA极性基团和吸附溶剂之间的电子云重叠使Na负极界面的电位分布均匀化，从而实现了快速有序的离子扩散通量，从根本上抑制了枝晶的形成。基于此钠/镁金属电池的循环稳定性和安全性显著提高。
图1. 限域空间NCA隔膜中均匀分布钠沉积的界面电解质电位均匀在分布
总之，该工作通过NCA隔膜和电解液溶剂之间电子云的重新分布，界面电位（平均电位：-137.4 mV，KPFM）的均匀排列诱导了均匀的离子扩散通量，加速了快速和可逆的钠沉积，使Na|NCA|Na对称电池能够稳定循环1000多小时。
有限元模拟证实，使用NCA隔膜的钠负极上的电势分布更均匀。这种均匀的分布使离子扩散通量能够快速有序地通过NCA隔膜，促进均匀Na沉积层（3.15×106 mol m−3）的形成，从根本上抑制枝晶生长。因此，在10C下循环1600次后，Na|NCA|NFPP电池的容量保持率为96.3%。
此外，NCA隔膜还与0.4 M (PhMgCl)2-AlCl3-THF表现出优异的兼容性，实现了均匀的Mg沉积。Mg|NCA|Mo6S8电池在5C下具有5000次循环的出色长循环寿命。这项工作为隔膜和电解质的设计开辟了一个新的视角，以实现长寿命金属电池。
图2. NCA功能隔膜在金属镁电池中的应用
Functional Separator Induced Interface Potential Uniform Reformation Enabling Dendrite‐Free Metal Batteries, Advanced Functional Materials 2025 DOI: 10.1002/adfm.202504599
陈卫华 郑州大学教授，博士生导师。博士毕业于武汉大学电化学专业，现任郑州大学化学学院电化学表界面中心主任，入选2020年教育部“长江学者奖励计划”青年学者、中国化学会高级会员、英国皇家化学会会士（FRSC）、2024全球前0.05%顶尖科学家和全球前2%顶尖科学家（2022、2023、2024）榜单。围绕高性能低成本的新型钠离子电池等体系，开展关键电极材料、隔膜、电解液的设计合成和界面调控研究。以（共同）通讯作者在Nat. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am.Chem. Soc.、Chem、Adv. Mater.等期刊发表论文150余篇，SCI被引14000余次，H指数68。