钠金属负极的界面不稳定性严重阻碍了钠金属电池的实际应用。根据双电层（EDL）理论，亥姆霍兹层的电势差对电极/电解质界面的电化学反应至关重要，其决定了固体电解质界面相（SEI）的组成和钠沉积过程。
在此，华中科技大学郭新、中国科学院物理研究所王雪锋等人利用丙烯酸丁酯（BA）原位聚合形成的聚合物电偶极效应，优先吸附在钠金属表面，调控EDL构型。
分子动力学模拟表明，聚-BA促进了更紧密的扩散层形成，并降低了亥姆霍兹层的电势差。这种压缩的EDL通过改变物种分布诱导了均匀的SEI，实现了可逆的钠沉积/剥离。
结果表明，聚-BA准固态电解质将Na||Na电池的寿命延长至0.1 mA cm⁻²下3500小时。准固态Na||Na₃V₂(PO₄)₃电池在5 C下稳定循环超过1500次，容量保持率达87.6%。
图1. 界面结构分析
总之，该工作开发了一种通过聚合物偶极竞争效应调控EDL构型以稳定钠金属负极的策略。由于聚-BA对钠金属的高吸附能力及与FSI⁻阴离子的强相互作用，其引入显著降低了扩散层厚度，将钠沉积行为转变为抑制枝晶生长的3DI模式，并通过亥姆霍兹层物种变化形成均匀的SEI，实现了钠离子的均匀沉积。
聚-BA准固态电解质使Na||Na电池在0.1 mA cm⁻²下实现3500小时的长循环寿命，与Na₃V₂(PO₄)₃正极组装的准固态钠金属电池展现出优异的倍率性能和循环稳定性。因此，该工作通过聚合物电偶极效应调控EDL结构的方法不仅稳定了钠金属负极，还为高能量密度准固态钠金属电池的开发提供了新思路。
图2. 电池性能
Modulating Electric Double Layers via Polymer Electric Dipole Effects to Enhance Stability in Quasi‐Solid‐State Sodium Metal Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2025 DOI: 10.1002/anie.202505509
郭新 国家特聘专家，华中科技大学材料科学与工程学院二级教授，九三学社华中科技大学第五届委员会副主委，中国固态离子学会理事，国际期刊“Solid State Ionics”编委，期刊“National Science Open”编委，国际固态离子学会（International Society for Solid State Ionics）学术奖评选委员会五名委员之一（其他成员有英国Prof. J. Kilner, 德国Prof. J. Maier, 日本Prof. T. Ishihara, 美国Prof. R. O’Hayre）。2002年至2012年，任德国于利希研究中心（Research Center Juelich）终身高级研究员，于利希研究中心是德国国家实验室，欧洲最大的科研机构之一；1998年至2002年，作为客座研究员在德国马普固体研究所（Max Planck Institute for Solid State Research）从事研究工作。
王雪锋 中国科学院物理研究所特聘研究员，博士生导师。主要从事高能量密度二次电池(锂离子电池、金属锂电池、混合锂离子/锂-氧电池和全固态电池等)关键材料结构表征、机理研究和失效分析，擅长采用冷冻电镜技术研究辐照敏感材料。至今已在Nature、Nature Materials、Joule、Energy & Environmental Science、Journal of American Chemical Society、Nano Letter、Nano Energy等国际知名学术期刊上发表学术论文40余篇，引用1600余次。