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随着电动汽车、储能电站等新能源技术的快速发展，对大规模储能的需求与日俱增。但是现有的储能技术，如锂离子电池，由于其锂资源的稀缺性和高价格，难以满足大规模储能的要求。因此，近年来人们又将视野扩展到一些资源丰富、成本低廉的碱金属或高价态金属元素，如Na+，Mg2+，Zn2+，Al3+等，以期利用这类离子的嵌入反应，构建低成本、高性能的二次电池新体系。普鲁士蓝类化合物具有开放式的框架结构和三维的离子通道，非常适合上述大尺寸离子的快速迁移，近年来作为极有潜力的嵌入电极受到较大关注。 近日，武汉大学杨汉西教授课题组在Advanced Energy Materials上发表了题为Prussian Blue Cathode Materials for Sodium-Ion Batteries and Other Ion Batteries的综述文章。该论文系统分析了普鲁士蓝结构与离子嵌入性能之间的构效关系，介绍了作为钠离子、钾离子及其他多价金属离子嵌入正极的研究进展，以期为新型二次电池的发展提供参考。 在文章中，作者首先分析了普鲁士蓝类化合物作为离子嵌入主体的独特优势，讨论了材料的结构特征与离子嵌入行为之间的构效关系，并着重指出普鲁士蓝晶格中的Fe(CN)6缺陷和晶格水含量对电池性能的决定性作用。本文还介绍了普鲁士蓝材料作为有机及水溶液钠离子电池、钾离子电池、以及高价态离子嵌入正极的主要研究成果，并对目前存在的问题提出了可能的解决方案。同时，介绍了一些材料结构调控及表面改性手段方面的研究进展。总之，作为一类具有开放离子通道和多种氧还反应位点的晶格结构，普鲁士蓝类化合物的电化学研究无疑会深化对于嵌入反应的认识，丰富离子嵌入材料体系，可能为发展新型二次电池提供新的途径。
该工作得到国家自然科学基金委（No.21333007 和21773177）、国家973项目（No.2015CB251100）的资助与支持。
Jiangfeng Qian, Chen Wu, Yuliang Cao, Zifeng Ma, Yunhui Huang, Xinping Ai, Hanxi Yang, Prussian Blue Cathode Materials for Sodium-Ion Batteries and Other Ion Batteries, Adv. Energy Mater. 2018, DOI: 10.1002/aenm.201702619. |
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