随着电动交通、分布式可再生能源和大规模电网存储的快速发展，需要能够提供高能量密度、快速充电能力和长期可靠性的能源系统[1]。钠金属电池（SMBs）由于钠的自然丰富性以及其低氧化还原电位（相对于标准氢电极为-2.714 V）和高比容量（1165 mAh g−1）而成为大规模应用的有吸引力的选择[2]，[3]。然而，钠金属阳极在反复充放电过程中通常会出现不受控制的枝晶生长，这不仅会加速副反应导致电池性能下降，而且当枝晶穿透隔膜时还会引发短路风险[4]。在传统的液体电解质中，这些危害会加剧，导致性能迅速下降并引发安全问题，从而阻碍了SMBs的实际应用[5]，[6]。
钠金属阳极的电化学稳定性不仅受其本身高反应性的影响，还主要受Na+溶剂化环境的影响，后者决定了离子传输、界面化学和电解质降解路径[7]，[8]。传统的基于碳酸盐的液体电解质在乙二醇碳酸酯（EC）和二乙基碳酸酯（DEC）混合物中溶解NaPF6时，通常会形成以溶剂为主的配位结构[9]。这些结构虽然促进了Na+的解离，但会在钠金属表面引发广泛的溶剂还原，生成机械强度较差的富有机质固体电解质界面（SEI）。这种脆弱的SEI会增加界面电阻，限制Na+的传输，并加速Na枝晶的生长，最终缩短SMBs的寿命[10]。为了解决这些问题，最近的研究致力于通过减弱溶剂-Na+的配位并促进阴离子参与初级溶剂化层来构建富含阴离子的溶剂化结构，通常采用高盐浓度、弱溶剂和强配位阴离子的方法。通过富集初级Na+溶剂化层中的阴离子，可以在钠金属表面优先发生阴离子还原，从而形成坚固的富无机质SEI并改善界面离子传输，使钠沉积更加平稳[11]，[12]，[13]，[14]，[15]。然而，增强的Na+-阴离子配位会自然增加接触离子对（CIPs）和聚集离子簇（AGGs）的生成，这会抑制离子解离并降低Na+的迁移性和定向传输[9]，[16]，[17]。这种固有的矛盾使得同时优化界面稳定性和快速Na+传输变得复杂。
凝胶聚合物电解质（GPE）通过将液体电解质限制在交联的聚合物基质中来调节局部溶剂化，提供了理想的解决方案。它们的准固态特性确保了紧密的界面接触，提供了防止枝晶穿透的机械缓冲，并增强了电池的安全性[18]，[19]，[20]。与传统液体电解质相比，聚合物基质在促进钠盐解离和限制较大阴离子迁移方面具有多重功能。强聚合物-离子相互作用，加上局部空间限制和工程化的偶极场，有效地减弱了Na+-阴离子的耦合，促进了Na+的脱溶和传输[21]，[22]，[23]，[24]，[25]，[26]，[27]。然而，这些优势也带来了Na+迁移性和阴离子到达钠金属阳极的局限性[28]。在富含阴离子的溶剂化环境中，高粘度的GPE会使离子传输更加缓慢。要在不损害界面化学控制的情况下实现有效的溶剂化调节，仍面临重大挑战。
在这里，我们提出了一种溶剂化平衡的GPE，以解决SEI稳定性和离子传输动力学之间的固有矛盾。通过在碳酸盐溶剂系统中使用钠二氟（草酸）硼酸盐（NaDFOB），将Na+的溶剂化状态转变为混合溶剂-阴离子环境，促进了坚固的、富无机质的SEI的形成，这对于稳定钠金属阳极至关重要。通过在含有中等极性五乙二醇五/六丙烯酸酯（DPEPA）和阴离子锚定N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）的双功能共聚物基质中，通过动态的聚合物-离子相互作用抑制了过多的CIPs/AGGs，从而实现了高效的Na+传输。MBA段通过其酰胺N–H基团提供适度的阴离子锚定，促进了Na+-阴离子的解离，增加了高迁移性溶剂分离离子对（SSIP）的数量，从而提高了离子导电性。DPEPA段的中等极性防止了过度的Na+-偶极相互作用，保持了Na+的快速迁移。它们的协同作用最终优化了溶剂化结构，使得Na+的定向传输成为可能，并形成了具有无机富集内层和有机富集外层的梯度SEI（图1）。与Na3V2(PO4)3（NVP）正极配对的准固态SMBs表现出高倍率性能和长循环寿命，并提高了安全性。
