钠电池作为一种新兴的电池技术，具有成本低、储量丰富等优势，有望成为锂离子电池的重要补充。

  2.然而，钠电池在商业化进程中面临金属枝晶生长问题，传统隔膜材料难以有效解决。

  3.科研人员从日常生活中常见的秋裤获得灵感，将调节原理应用于钠金属电池隔膜设计，成功研发出双功能“智能隔膜”。

  4.智能隔膜具有孔隙结构可精确调控、超高比表面积、与钠离子存在特定相互作用等优势，有很大成效避免了金属枝晶生长。

  5.通过搭载智能隔膜的钠金属电池实验测试，循环寿命超2000次，高倍率充放电稳定性良好，展现了钠电池的巨大应用潜力。

  在全球能源转型的大背景下，新能源技术的发展日新月异，电池技术作为其中的关键一环，更是备受瞩目。钠电池，作为一种新兴的电池技术，正逐渐走进人们的视野，展现出巨大的发展的潜在能力和应用前景。

  钠电池之所以受到广泛关注，是因为它具有诸多独特的优势。其中最大的优势就是它的成本低。钠元素在地球上的储量极为可观，地壳丰度高达2.74%，相较而言，锂元素的地壳丰度仅为0.0065%，因此钠元素的储量几乎达到锂元素储量的近千倍之多，而且钠元素的分布极为广泛。这就导致钠元素的原料成本比锂元素低了30%-50%。这一显著的成本优势，使得钠电池在大规模储能、低速电动车等对成本高度敏感的应用领域极具竞争力。

  尽管钠电池前景广阔，但在其商业化进程中，却存在一些困难，其中最大的便是金属枝晶的生长问题。

  在钠电池的充放电过程中，金属离子在正负极之间不断穿梭，完成电能与化学能的相互转化。因负极表面微观结构不均匀，存在凸起和缺陷，充电时这些位置优先吸引金属离子沉积，逐渐形成树枝状金属锂/钠晶体，即金属枝晶。由于金属枝晶生长不受控制，随充放电循环增长变粗，一旦刺穿隔膜，正负极直接导通短路，瞬间产生大量热量，可能引发起火、爆炸等危险。同时，金属枝晶生长使负极活性物质脱落，容量衰减，内阻增大，能量损耗增加，大幅度缩短电池寿命。

  传统的隔膜材料在应对枝晶挑战时显得力不从心。目前，市面上常见的钠金属电池隔膜大多使用玻璃纤维隔膜，这类材料虽然具备一定的机械强度和化学稳定性，能够在某些特定的程度上阻止正负极非间接接触，但在调控钠离子流动方面存在诸多不足，如同“漏风的毛衣”。

  但是在最近，科研人员从日常生活中常见的秋裤获得灵感，将其调节原理巧妙地应用于钠金属电池隔膜的设计中，成功研发出双功能“智能隔膜”，为解决金属枝晶难题开辟了全新路径。

  在智能隔膜的研发过程中，金属有机框架材料（MOF）发挥了至关重要的作用。简单来讲，MOF是由金属原子和有机配体组成的复合物，它们就像是一个积木——金属原子作为连接点，有机配体作为连接杆，通过精准组合搭建出无数微型孔洞。如果说传统材料像是自然形成的蜂窝，大小尺寸都随机的话，MOF就更像是用乐高积木精心设计的立体迷宫，不仅孔隙大小均匀可控，还能依据需求定制特殊功能。

  最左侧为钠金属电池的示意图，中间层为隔膜，放大部分为经过修饰的MOF-UFS2结构图

  首先是孔隙结构可精确调控，能根据钠离子特性定制传输通道。MOF材料的多孔结构为钠离子传输提供了丰富且有序的通道，纳米级的孔隙大小均匀、排列有序，引导钠离子快速、顺畅地通过隔膜，减少了离子传输阻力和能量损耗。

  其次是拥有超高比表面积。能提供丰富活性位点，增强了MOF材料对钠离子的吸附和传导能力，逐步提升离子传输效率。

  第三是MOF材料中的金属离子和有机配体与钠离子之间有特定相互作用，金属离子通过静电作用吸引钠离子，有机配体则通过空间位阻效应和电子效应等方式调控钠离子的传输方向和速度，二者协同作用，有很大成效避免了钠离子在负极表面的局部聚集，抑制了金属枝晶生长。

  四是化学和耐热性良好。MOF材料还能在负极表明产生一层稳定的固体电解质界面（SEI）膜，保护负极，防止金属枝晶生长和电解液分解，提高电池循环稳定性和安全性。

  五是改善隔膜的其他性能。MOF材料的引入能提高隔膜的耐腐的能力和耐高温性能，增强隔膜与电解液之间的润湿性，促进电解液在隔膜中的渗透和扩散，全方面提升电池性能。这些独特优势使其在多领域应用潜力巨大。

  此外，为了让隔膜能在钠电池中具备更好的性能，科研人员还在隔膜设计上进行大胆创新，嫁接了两种特殊的功能基团——亲钠性基团和高离子传导性基团。其中，亲钠性基团对钠离子具有极强的亲和力，如同磁铁吸引铁屑一般，能够优先吸附电解液中的钠离子。在电场作用下，当钠离子向负极移动时，亲钠性基团会发挥向导作用，引导钠离子均匀分布在隔膜表面，并有序地向负极传输，有很大成效避免了钠离子在负极表面的局部聚集，从源头上遏制了金属枝晶生长的趋势。另一种高离子传导性基团则为钠离子传输搭建了快速通道，极大地提高了钠离子的传输效率，减少了电池内阻，使电池在充放电过程中能更高效地工作。同时，它还能与亲钠性基团协同作用，进一步促进钠离子在负极表面的均匀沉积，共同抑制金属枝晶的生长。

  两种基团结合使新型隔膜具备“智能”调节能力，能根据电池电化学反应调节钠离子传输分布，保障电池安全性能和循环寿命。

  为了全面验证搭载智能隔膜的钠金属电池的性能，科研团队开展了一系列严格的实验测试。在循环寿命测试方面，传统钠金属电池的循环寿命通常在几百次到一千多次之间，随着循环次数增加，电池容量会快速衰减，容量衰减快，而智能隔膜电池循环寿命超2000次，大幅度的提高了使用寿命。

  在高倍率充放电稳定性测试中，传统钠金属电池在高倍率充放电条件下，由于内部化学反应速率急剧加快，往往会出现容量骤降、发热严重甚至短路等问题，严重限制了其在快速充放电场景中的应用。而搭载智能隔膜的钠金属电池在10C（库伦）高倍率下，依然能够稳定地进行充放电循环，容量保持率较高。经过长时间的高倍率充放电测试后，电池各项性能指标依然良好，未出现非常明显衰减或异常现象。

  高倍率充放电性能对电动汽车和储能系统意义重大，可缩短电动汽车充电时间，提高储能设备响应电网需求的速度，增强电网稳定性和可靠性。

  正是这些突出优势，让钠电池被视作未来储能领域的新希望，有望成为锂离子电池的重要补充，甚至在某些应用场景中实现替代，为全球能源转型注入强劲动力。