近年来，室温钠硫电池成为一种切实可行的储能方法，虽然能实现较低的成本和高的理论能量密度，但是它的进展和商业化实施面临着许多困难。多硫化物的溶解与穿梭，以及不均匀的钠枝晶生长，这些都会导致可逆容量的快速衰减，出现明显的自放电行为，不稳定的循环性能，甚至存在安全隐患。目前，研究重点都放在解决多硫化物的穿梭上。为了寻找一种更加全面的解决方式，旨在同时最大限度地减少多硫化物的迁移和钠枝晶的生长，西南大学徐茂文教授、戚钰若研究员团队介绍了一种多功能多孔ZIF基膜（PZM）能够同时克服这两个问题。制备了带有贫电解质室温钠硫电池，使用PZM隔膜以及简单的S/C正极和裸露的Na负极构成，表现出优异的电化学性能，在0.1 C下具有753 mAh g-1的令人印象深刻的容量，0.5 C下经历800次循环后仍保持稳定，因此在钠硫电池的发展上具有重要意义。该研究以题为“A polysulfides-defensive, dendrite-suppressed and flame-retardant separator with lean electrolyte for room temperature sodium-sulfur batteries”的论文发表在《Advanced Functional Materials》上。所提出的多孔ZIF基膜的简单示意图及其在性能增强方面的优势：1.它具有不同尺寸通道，构成复杂结构，有效地防止多硫化物分子到达钠负极，显著减少了永久副产物的形成和活性物质的消耗。2.PZM的通道确保钠离子均匀分布。这一关键特征不仅增强了钠离子在电解质中的运动，而且抑制钠枝晶生长，在相关的安全隐患方面也发挥着至关重要的作用。3. PZM固有的不燃性及其组装的钠硫电池较少的电解质用量，使得所制备的PZM具有令人印象深刻的阻燃性能，有效避免热事故发生，显著提高了电池的整体安全性。图1 在Na-S电池中PZM膜优点的示意图图2 PZM和PZM@LE的表征PZM的孔隙率提供了许多促进钠离子传输的途径。隔膜的润湿性是电池应用的关键因素，通过接触角测量发现，PZM接近零的接触角说明其界面张力非常低，这有利于将PZM结合组装在电池中。当加热到320°C时，PZM的厚度保持相对不变，这表明它具有良好的热稳定性。PZM用NaClO4（EC:DEC=1:1）电解质溶液浸泡10小时后，PZM@LE的XRD图谱没有显示额外的峰，保持了浸泡前的结晶度。比表面积的显著降低验证了有机电解质进入MOF通道内。浸泡后，隔膜的重量增加了24.8 mg，证明了PZM能有效吸附电解液。与GF相比，PZM中的电解质较少。TGA曲线进一步证明了PZM对电解质的稳固保留，其显示有机电解质的分解温度发生了显著升高。PZM的Ea较小而有利于更高的离子迁移。与GF@LE相比，PZM@LE的钠离子迁移数达到0.7，这证明了其互连的MOF通道和固定阴离子，有效增强Na+运动和路易斯酸碱相互作用。采用1 mV s-1 下LSV测试来确定电解液的分解电压，PZM@LE在4.91V开始出现分解，归因于钠盐和有机溶剂在MOF的多孔结构内的有效包封。图3 PZM对多硫化物的抑制作用为了验证PZM可以抑制多硫化物穿梭效应，进行可视化吸附实验，GF分离器使多硫化物在短短6h内快速扩散到右侧，而利用PZM隔膜在48h后，H型管中的右侧溶液没有显示出显著的颜色变化。因此，UV-Vis光谱显示，与GF-12h相比，PZM-48h的吸收强度要低得多，这说明PZM能实现对多硫化钠的限制作用。之后将PZM吸附多硫化物之前和之后进行XPS分析。Zn 2p光谱分析说明PZM在吸附Na2S6之后，结合能明显升高，表示PZM和Na2S6之间显著的电子转移相互作用。Zn-S、C-S和O-S键的出现，证实了PZM将硫原子化学固定在多硫化物内，这有利于增强正极循环稳定性。通过DFT计算进行理论研究，发现在放电过程中，初始步骤包括将S8分子转化为一系列可溶性Na2Sn物质，即Na2S8、Na2S6、Na2S4，并最终形成不溶性Na2S2/Na2S作为最终产物。经过计算，发现反应中明显的速率控制步骤是Na2S2的结合，并且最大上升能垒阶跃能垒仅为0.294eV，这表明ZIF-8能够将Na2S2强锚定在其表面，反应易于自发发生。图4对称电池性能和阻燃实验利用对称Na