碱金属电池具有高理论比容量和低还原电位的特点，是非常有前途的下一代储能系统。然而，金属负极上不稳定的固体电解质界面（SEI）和枝晶的旺盛生长对碱金属电池的实际应用构成了重大挑战。隔膜直接与负极和电解质等关键组件接触，并有可能应对这些挑战。以前的研究主要集中在调节隔膜和电解质成分（碱金属离子、溶剂分子和阴离子）之间的静电相互作用、范德华力和偶极-偶极相互作用上。然而，它们的电特性一直被忽视。在碱金属电池放电过程中，内部电场超过1×105 V/m。这样的电场强度足以影响隔膜-负极界面以及隔膜和电解质之间的相互作用。这种忽视导致对隔膜-负极界面以及隔膜和电解质之间相互作用的描述不准确。

近日，东华大学朱美芳院士/徐桂银教授团队提出了一种由磷酸化纤维素组成的高介电常数纤维隔膜。引入介电常数作为描述符，探讨了具有不同介电常数的纤维隔膜在电场下的响应行为，研究了在均匀内电场前提下，高介电常数隔膜对碱金属电池负极表面的影响。在内部电场下，高介电常数隔膜内的强烈电子位移极化增强了电荷转移动力学并优化了溶剂化结构，这也诱导形成了富含LiF和低聚物的固体电解质界面。此外，高介电常数隔膜可调节电场密度分布并减轻金属电极中的尖端效应。高介电常数隔膜的应用，使得碱金属电池表现出优异的电化学性能和循环稳定性。该工作主要采用湿法成型工艺，并使用生物材料作为原材料，可以实现高介电常数纤维隔膜的大规模生产。

图1 高介电常数隔膜的设计

图2 PCS对金属负极中Li+沉积的影响

图3 SEI化学成分分析

图4 PCS的电化学性能

相关成果以“Electron displacement polarization of high-dielectric constant fiber separators enhances interface stability”为题发表在Nature Communications期刊上。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-60256-9

（来源：高分子科学前沿）