Advanced Materials
Separator Engineering for Sodium Metal Batteries: Challenges, Rational Design and Recent Modification Strategies
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该文献系统综述了钠金属电池（SMBs）中隔膜工程的最新进展，重点在于调控Na+通量、稳定SEI层、抑制枝晶生长等方面。文章提出了功能隔膜设计的多尺度结构调控和界面化学优化策略，为下一代高能量密度、高安全性电池系统开发提供理论与实验支持。
文献概述
本文《Separator Engineering for Sodium Metal Batters: Challenges, Rational Design and Recent Modification Strategies》，发表于《Advanced Materials》杂志，回顾并总结了钠金属电池（SMBs）隔膜工程的最新发展。文章重点分析了传统隔膜材料在钠金属负极界面稳定性、离子传输均匀性以及枝晶抑制方面的不足，并系统探讨了改性聚烯烃、玻璃纤维、纤维素基、MOF/COF等新兴隔膜材料在提升电池性能中的作用。此外，作者还提出了电化学评估框架和计算模拟在隔膜设计中的应用，为下一代高性能SMBs的实用化提供指导。
背景知识
钠金属电池（SMBs）作为下一代储能技术，因其高理论容量和低成本资源备受关注。然而，SMBs中钠金属负极（SMA）的高反应活性、枝晶生长、SEI层不稳定性及循环过程中的体积变化，严重阻碍了其商业化进程。传统隔膜如聚烯烃或玻璃纤维（GF）在SMBs应用中存在润湿性差、离子通量不均、机械强度不足等缺陷，导致钠沉积不均、枝晶穿透隔膜、循环寿命缩短及安全隐患。近年来，通过界面化学调控、多尺度结构设计及先进复合材料整合，新型隔膜工程为稳定SEI、均质化Na+传输、抑制枝晶提供了有效策略。本文系统梳理了隔膜优化的关键路径，提出从材料设计、界面调控到系统安全的多层次策略，为未来实用化隔膜开发提供理论与实验依据。
研究方法与实验
文章详细分析了多种隔膜材料的改性策略，包括化学修饰、多尺度结构调控及复合材料整合。研究团队通过实验与模拟手段评估不同隔膜在Na+通量调节、SEI稳定性提升及枝晶抑制方面的表现，重点探讨了界面功能化（如极性官能团引入）、3D结构设计（如多孔网络构建）、以及Janus结构隔膜在阳极/阴极侧的功能分区等策略。此外，研究还引入了Sand时间模型，用于理解枝晶生长动力学，并通过界面应力分析，探讨了隔膜机械适应性与循环稳定性之间的关系。
关键结论与观点
研究意义与展望
文章强调了隔膜工程在实现高安全、长寿命钠金属电池中的关键作用，提出未来隔膜设计需结合AI辅助模拟、原位表征及系统级安全机制。通过材料-结构-功能一体化设计，下一代隔膜有望在枝晶抑制、离子选择性和机械适应性方面实现突破，推动SMBs向商业化应用迈进。
结语
该研究全面回顾了钠金属电池隔膜工程中的核心挑战与解决方案，系统总结了现有隔膜材料的局限性，并提出了化学修饰、结构优化及复合设计等策略的最新进展。通过界面调控与多尺度结构工程，隔膜性能得到显著提升，为稳定SEI层、均匀Na+沉积、抑制枝晶提供了理论与实验支持。未来，结合计算模拟与先进制造技术，开发具有高离子导电性、优异机械强度和界面兼容性的隔膜，将是推动SMBs走向高能、高安全性应用的关键方向。
