研究背景
钠金属电池被视为下一代高能量密度、低成本储能系统（如大规模电网储能）的潜力股，因为它在地壳中储量丰富，理论比容量高达1165 mAh g⁻¹。然而，使用液态有机电解液会带来两大安全隐患：
· 易燃风险：可能导致燃烧事故。
· 钠枝晶生长：刺穿隔膜引发短路。
虽然固态电解质是解决安全问题的主流方向，但仍面临离子电导率低、电极界面接触差等问题。
全文概要
有鉴于此，南京大学金钟教授研究团队报道了一类新型有序-无序离子共晶固态电解质——NaClO₄(SN)₃，通过将高氯酸钠（NaClO₄）与丁二腈（SN）按1:3摩尔比共晶制备。该电解质具有独特的有序-无序杂化晶格结构：有序的Na⁺配位骨架提供三维连续离子传导网络，而位于间隙位点的取向无序SN分子作为辅助离子流道。该设计实现了快速Na⁺跳跃传输、ClO₄⁻阴离子固定化（单离子传导）以及良好的机械柔韧性。NaClO₄(SN)₃在25°C下离子电导率达0.94 mS cm⁻¹，活化能低至0.26 eV，电化学稳定窗口超过4.6 V（vs Na/Na⁺），熔点为36.2°C，玻璃化转变温度为-37.9°C，可进行原位熔融浸润构建共形界面。
本文要点
1. 结构与输运机制：单晶XRD表明，NaClO₄(SN)₃中Na⁺占据由两个ClO₄⁻氧原子和四个SN氮原子配位的八面体位点，形成有序骨架；额外的SN分子占据间隙位点并呈现取向无序。AIMD模拟显示Na⁺迁移路径包括沿八面体顶点的低能通道（能垒2.55 eV）以及通过无序区域的辅助通道（能垒3.39和4.63 eV），而完全有序路径能垒高达8.78 eV，证明了“有序骨架+无序流道”设计对快速离子传导的关键作用。
2. 电化学性能：NaClO₄(SN)₃的Na⁺迁移数为0.94，电子电导率低至1.90×10⁻¹⁰ S cm⁻¹。在Na||Na对称电池中，临界电流密度达10.0 mA cm⁻²，在2.0 mAh cm⁻²和1.0 mA cm⁻²条件下可稳定循环超过1300小时，过电位仅~35 mV。界面阻抗低至220.78 Ω·cm²。
3. 全电池性能：与Na₂Fe₂(SO₄)₃正极配对时，在0.2 C下循环300次后容量保持89.6%（83.9 mAh g⁻¹），在0.5 C下循环1500次后容量保持84.9%（69.16 mAh g⁻¹），中值放电电压稳定在3.53 V以上。在0°C下仍能维持75.8 mAh g⁻¹的比容量。
4. 界面化学：XPS分析表明，循环后形成的SEI层富含碳酸酯类有机组分，ClO₄⁻保持电化学惰性，部分SN的腈基保持完整并参与Na⁺配位，形成离子导电但电子绝缘的界面钝化层。
总结展望
该研究展示了一种极具前景的分子级策略，通过引入可控的无序来优化离子传导路径，为今后设计兼具高离子导电性、良好机械柔韧性和优异界面稳定性的新型固态电解质，提供了全新的思路
文献详情
Binze Yang, Xuan Liu, Sheng Wen, et al. Ordered-Disordered Ionic Cocrystalline Solid-State Electrolytes for Rapid Ion Migration in Sodium Metal Batteries, J. Am. Chem. Soc. (2026)
DOI: 10.1021/jacs.6c01095
全文链接
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.6c01095
