未来几年，全球对电子设备和电动汽车的需求将继续增长和多样化。这种需求的增长需要具有更高效率、性能和安全存储技术的强大电池。锂离子电池（LIB）已经统治了二次离子电池领域三十多年。然而，出于对不可持续的开采方式、高成本和地理分布不均的担忧，锂的供应正在逐渐下降。
因此研究人员和业界致力于寻找LIB的替代品。钠离子电池（SIB）是一个有希望的替代品，因为钠在自然界中储量丰富、成本低廉且具有很高的电化学潜力。然而，在将其用于商业应用之前，有些问题还仍需解决。
首先，钠的离子半径大于锂，这导致离子动力学缓慢，相稳定性和界面形成复杂化。其次，研究人员需要开发不仅与LIB兼容并确保高性能的电极，也需要开发与SIB兼容的电极。此外，碳基材料是LIB和SIB的有前途的电极，但它们也存在自身的缺陷。
图片来源：期刊《Advanced Energy Materials》
据外媒报道，为了帮助提高电极的性能和稳定性，日本北陆先端科学技术大学院大学（Japan Advanced Institute of Science and Technology，JAIST）的Noriyoshi Matsumi教授与博士生Amarshi Patra将研究重点转向用于制造SIB电极的聚合物粘合剂。
相关研究已发表于期刊《Advanced Energy Materials》。研究人员开发出新型高功能化和水溶性聚离子液体，聚（氧羰基亚甲基1-烯丙基-3-甲基咪唑）（PMAI），并测试了其对LIB和SIB的结合能力。基于PMAI的阳极半电池表现出优异的电化学性能和循环稳定性。
“全球对能够实现快速充电放电，并解决钠离子扩散动力学缓慢问题的材料的需求不断增加。这种具有密集离子液体官能团的聚合物基粘合剂可作为SIB中高性能电极系统的组成部分，”Matsumi教授解释道。
为了测试新PMAI材料的有效性，研究人员分别将其用作LIB和SIB中的石墨阳极粘合剂和硬碳阳极粘合剂。
电化学评价结果表明，PMAI基阳极半电池表现出优异的电化学性能、高容量（LIBs在1C时为297 mAhg-1，SIBs在60 mAg-1时为250 mAhg-1）和良好的循环稳定性，SIBs在200次循环后容量保持率为96%，LIBs在750次循环后容量保持率为80%。
此外，实验结果表明，由于密集极性离子液体基团和通过粘合剂还原形成功能化固体电解质界面，离子扩散系数有所提高，电阻和活化能有所降低。
从使用PMAI作为阳极粘合剂的全电池检查中可以看出，性能和稳定性有所改善，证明了这种新型材料作为二次离子电池应用粘合剂的潜力。
“这类材料将用于商业应用的快速充电储能系统，因为这种粘合剂促进了钠离子的扩散。这项研究将促进更先进材料的开发，为新型钠离子供电电子设备和电动汽车铺平道路，”Matsumi教授总结道。
“我们开发的新型聚离子液体是一种新型材料。聚离子液体已被深入研究用于各种应用，例如储能装置、生化应用、传感应用和催化应用等。我们新型的密集离子液体功能化聚合物在上述各个研究领域均具有潜在用途。”
