在新能源储能技术快速发展的背景下,钠金属电池因其高理论容量与资源丰富等优势,被视为下一代储能体系的重要发展方向。然而,传统凝胶电解质机械强度低,难以有效抑制钠枝晶生长,导致循环稳定性差且存在安全隐患。凝胶电解质因兼具高离子电导率与界面相容性,成为当前研究热点。尽管如此,现有复合电解质仍普遍存在力学性能不足的问题,难以同时兼顾高效离子传输与高机械强度,成为钠金属电池迈向实用化的关键瓶颈。
为解决钠金属电池中凝胶电解质机械强度不足与热稳定性欠佳的缺点,哈尔滨工业大学刘强和上海大学赵玉峰团队提出了一种基于垂直取向陶瓷骨架的结构功能一体化设计策略。他们通过冷冻干燥法构筑了具有垂直排列通道的3D-Na₃Zr₂Si₂PO₁₂陶瓷框架,将含有TPGDA单体和AIBN引发剂的凝胶前驱体溶液真空浸渍于Na₃Zr₂Si₂PO₁₂骨架之中,经原位聚合成功制备出陶瓷/凝胶复合电解质(CGE)。该垂直排列的3D -Na₃Zr₂Si₂PO₁₂骨架在复合电解质中发挥着关键作用:一方面,其作为刚性骨架实现了应力的高效传递,显著提升了凝胶电解质的机械强度;另一方面,无机骨架本身作为本征的热屏障,赋予复合材料卓越的阻燃性能。更为重要的是,这种结构功能一体化的设计在电池正负极两侧诱导形成了稳定的界面层,能够有效抑制钠枝晶的生长。该策略摒弃了复杂的界面修饰工艺,通过构筑垂直排列的陶瓷骨架,同步解决了凝胶电解质机械强度不足、热稳定性差以及枝晶生长问题等核心难题,为高安全性固态钠金属电池的电解质设计提供了新的思路。

图1. CGE的电化学性能及高温钠金属电池性能
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原文链接:
High-Strength 3D-Ordered Ceramic-Gel Composite Electrolytes Enable Highly Stable Sodium Metal Batteries at − 20 to 60 °C
Liying Shen, Chuyan Hu, Zhenhui Huang, Jiarui Yang, Yanwei Jia, Yufeng Zhao*, Rüdiger Berger, Qiang Liu*, Yu Zhou
Nano-Micro Letters (2026)18: 195
https://doi.org/10.1007/s40820-025-02032-4