钠离子电池(SIBs)因其丰富的钠元素相对较低的生产成本，以及其在低温和高倍率下较好的性能而备受关注。然而，SIBs由于钠离子质量大，工作电压较低，导致其能量密度相对锂离子电池（LIBs）较低。最近，钠金属电池(SMB)，相对于碳基阳极材料，由于使用具有较低的氧化还原电位(相对于标准氢电位-2.71 V)和较高的理论容量(1166 mA h g-1)的金属钠，可以显著提高能量密度。但是当前液态电解质与金属钠的副反应会影响SMB的性能，进而引发热失控，导致有毒易燃的液态电解质泄漏或燃烧。如何安全使用钠金属电池、阻止电解质与金属钠的副反应，目前仍然是一项挑战。

　　聚合物凝胶电解质（GPE）因具有更平衡的电化学及界面性能受到研究人员的青睐。由于通常情况下的GPE含有大量有机溶剂，如碳酸酯、链醚等，仍然无法摆脱泄露或燃烧的风险，同时高温性能受限。基于此，马紫峰团队将聚合物与不可燃、不挥发的离子液体结合，制备了具有高机械强度（3 MPa）和热稳定性（280℃）的聚合物离子凝胶电解质（IGPE）。

　　图2. IGPE的力学、热稳定性研究。（a）IGPE在25℃和60℃的应力-应变曲线图；（b）IGPE的热重分析曲线图

　　除此以外，团队还发现IGPE在高温下具有超常的抗氧化性（~5.2V vs. Na/Na+）和对钠金属稳定性。配合磷酸钒钠（NVP）正极材料和钠金属负极材料，在0.1C倍率电流和60℃高温下完成了110圈充放电，容量保持率达90%。

　　图3. IGPE的电化学性能。（a）氧化，（b）还原的LSV曲线；（c）NVPIGPENa电池的充放电比容量-电压曲线，（d）充放电循环曲线

　　针对IGPE与钠金属之间的界面稳定性，团队做了深入分析。首先通过惰性气氛转移、Ar离子刻蚀的X射线光电子能谱（XPS），对C1s，F1s，N1s，O1s进行了0-30nm深度分析，结果表明，在表面（0nm处），有机物种如离子液体、羧酸钠（RCOONa）等占据主导地位。随着刻蚀深度增加，无机物种如NaF、NaN3、Na2CO3信号强度显著提升，说明在Na表面的固体电解质界面层（SEI）中，靠近Na金属的内层主要为无机成分，而靠近IGPE的外层，主要为有机成分。

　　低温冷冻透射电镜（Cryo-TEM）技术是表征辐照敏感材料的有力工具，已经在生命科学领域得到了广泛的应用和认可，并在2017年获得了诺贝尔化学奖。同年，冷冻电镜首次被应用于观察金属锂的纳米结构，取得了一些前所未有的结果，从此也在电池领域备受关注和蓬勃发展。冷冻或低温不仅可以有效地缓解高能电子束对样品造成的辐照损伤，而且可以大幅降低样品的反应活性，提高样品的稳定性。因此，团队选择使用Cryo-TEM直观地描述IGPE与Na之间的SEI形貌与成分。从高分辨TEM图像（图5.（a））中可以清晰地划分SEI的有机（无定型层）与无机（晶体层）的界限，同时可以从晶面间距参数中获得包括NaF、Na2CO3、NaN3以及Na金属的晶体信息。

　　图5. Cryo-TEM对于SEI的表征。（a）高分辨形貌及晶格辨识；（b）-（j）能谱分析展示元素分布。