当前，锂离子电池在大型储能市场中占据主导地位。然而，锂元素全球分布不均，加之其成本持续攀升，推动科研与产业界积极寻求替代方案。相比之下，钠在地壳中的丰度约为锂的1000倍，且可从海水中提取，这使得钠离子电池成为电网级储能的理想选择——尤其在成本和供应安全至关重要的场景中。

安全性一直是制约钠离子电池发展的关键障碍。大多数传统钠离子电池依赖易燃、易泄漏的液态电解质，给大规模应用带来显著安全隐患。固态聚合物电解质虽可消除此类风险，但长期面临两大技术瓶颈：钠离子在聚合物中的传导速度过慢，以及聚合物与钠金属负极之间的界面不稳定。随时间推移，负极表面会生长出针状的“枝晶”结构，这些枝晶可能穿透聚合物层，导致电池内部短路，进而引发热失控。

据外媒报道，新加坡国立大学设计与工程学院机械工程系Palani Balaya副教授领导的团队，利用一种低成本单一添加剂，成功攻克了上述挑战。这一突破为实现安全、经济的全固态钠电池开辟了一条可扩展的技术路径，其潜在应用涵盖电网级储能到电动汽车等多个领域。相关研究成果已发表于国际期刊《Advanced Functional Materials》。


简单的添加剂，结构性的改变

研究团队采用了一种名为石墨氮化碳（GCN）的富氮添加剂。该材料只需将尿素在空气中加热至550摄氏度即可合成，所得GCN薄片厚度仅为两纳米。当将其添加到由聚环氧乙烷和钠盐制成的聚合物电解质薄膜中时，GCN会从两方面重塑聚合物的内部结构：

首先，片状且高比表面积的GCN能够破坏聚合物形成刚性晶体区域的倾向，促使其形成更柔性、无序的结构区域，从而让钠离子能够更自由地移动。其次，GCN表面的富氮活性位点会将钠离子从其对应的钠盐中“拉出”，释放出更多可自由携带电荷的离子。这种综合效应使电解质在55摄氏度下的离子电导率提高了一倍以上，同时将钠离子迁移数（即钠离子携带电流的比例）从0.19提升至0.51，有效降低了极化现象，显著提高了电池的整体效率。