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  鋰金屬電池具有高能量密度，高開(kāi)路電壓的優(yōu)點(diǎn)。然而，鋰枝晶會(huì)導(dǎo)致降低鋰金屬電池性能，引起短路甚至起火等安全隱患。傳統(tǒng)聚乙烯/聚丙烯電池隔膜具有大孔徑和低模量，因此不能阻止鋰枝晶生長(zhǎng)并最終穿過(guò)隔膜（圖1上）。對(duì)此，作者提出解決方案：具有介孔和高模量的隔膜可以引導(dǎo)鋰離子流均勻沉積在鋰電極表面，并且防止鋰枝晶生長(zhǎng)和穿過(guò)隔膜，從而實(shí)現(xiàn)鋰金屬電池的安全長(zhǎng)時(shí)間充放電（圖1下）。

  近日，弗吉尼亞理工學(xué)院暨州立大學(xué)化學(xué)系劉國(guó)良，林峰教授團(tuán)隊(duì)制備了具有介孔和高模量的聚酰亞胺薄膜。該薄膜的前驅(qū)體為聚乳酸-聚酰亞胺-聚乳酸三嵌段共聚物（圖2a）。其中的聚乳酸相可以280攝氏度下選擇性地?zé)岱纸猓瑥亩a(chǎn)生互相連通的介孔結(jié)構(gòu)，其平均介孔孔徑為21納米（圖2b and c）。此介孔聚酰亞胺薄膜在室溫下具有1.80 GPa的高儲(chǔ)存模量（圖2d）。在鋰/鋰對(duì)稱電池的長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)測(cè)試中，傳統(tǒng)電池隔膜在約50小時(shí)后發(fā)生短路。而介孔聚酰亞胺隔膜實(shí)現(xiàn)了500小時(shí)的安全循環(huán)（圖3a）。在循環(huán)測(cè)試結(jié)束后，接觸傳統(tǒng)電池隔膜的鋰電極表面生長(zhǎng)出平均寬度為200納米的鋰枝晶，這些鋰枝晶能夠穿過(guò)傳統(tǒng)隔膜寬至400納米的大孔而引起短路（圖3b）。而接觸介孔聚酰亞胺隔膜的鋰電極表現(xiàn)出平頂?shù)匿囃黄穑瑥亩苊饬虽囍Т┻^(guò)隔膜引起的短路（圖3c）。這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了介孔工程聚合物的抗鋰枝晶潛力，作者們希望這種設(shè)計(jì)能促進(jìn)高性能儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)步。該工作以“Mesoporous Polyimide Thin Films as Dendrite-Suppressing Separator for Lithium-Metal Batteries”為題發(fā)表在《ACS Nano》上。文章第一作者為弗吉尼亞理工學(xué)院暨州立大學(xué)化學(xué)系郭棟博士，通訊作者為劉國(guó)良教授。該研究得到了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)石油研究基金會(huì)的支持。 

  該工作是劉國(guó)良教授團(tuán)隊(duì)將納米材料用于高性能儲(chǔ)能技術(shù)的最新進(jìn)展之一。在過(guò)去幾年中，團(tuán)隊(duì)探索了極低分子量聚酰亞胺嵌段共聚物的相分離（Polym. Chem. 2019, 10, 379），并使用水解法和非溶劑致相分離法制備介孔聚酰亞胺薄膜（Poly. Chem.2021, 12, 3939；ACS Appl. Polym. Mater.2020, 2, 1398）。此外，團(tuán)隊(duì)制備了基于聚丙烯腈嵌段共聚物的多級(jí)多孔碳纖維(Sci. Adv. 2019, 9, eaau6852)，研究了聚丙烯腈嵌段共聚物組成和靜電紡絲條件對(duì)多孔碳纖維形貌和彈性的影響（Chem. Mater. 2019, 31, 8898；Macromolecules 2022, 55, 4803；ACS Appl. Polym. Mater. 2022, 4, 4980），并將此多孔碳纖維用于制備超級(jí)電容器和快充鋅離子電池（Nat. Commun. 2019, 10, 675；Batteries Supercaps 2022, 5, e202100380）。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c04159