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開發具有高能量密度和倍率性能、長循環穩定性和可承受價格的可充電電池的迫切需求激發了對新型正極材料的研究興趣。鑒于常規正極主體氧化物和聚陰離子化合物遇到的許多問題，普魯士藍化合物的開放框架結構提供了一種可能的替代主體結構。

在此，北京理工大學高洪才教授、金海波教授、李靜波教授及王乾晨聯合中科院化學所辛森研究員綜述了在可充電電池中應用普魯士藍正極材料的最新進展，特別強調了不同插層物質的電荷存儲機制、影響電化學性能的因素及克服其固有局限性的可能方法。

首先，作者簡要介紹了普魯士藍材料的晶體結構及合成方法，然后介紹了其在單價（Li⁺、Na⁺、K⁺）和多價（Mg²⁺、Ca²⁺、Zn²⁺和Al³⁺）金屬離子電池中的應用進展。普魯士藍化合物的開放骨架結構可以為堿金屬離子的嵌入/脫出提供足夠的間隙，即使對于具有較大離子半徑的K⁺也是如此。

然而除了少數成功的例子外，插入多價Mg²⁺、Ca²⁺、Zn²⁺和Al³⁺是一個巨大的挑戰。此外，普魯士藍電極的低體積能量密度可能會限制其在大型固定電池中的應用。

圖1. 普魯士藍材料的晶體結構

最后，作者展望了未來用于可充電電池的普魯士藍材料的發展：

（1）開發先進的合成方法來克服傳統的水溶液沉淀法的局限性。

（2）在普魯士藍顆粒上涂覆保護層的核殼結構的合成可能會增加其在水系電解液中的穩定性，且在循環過程中體積變化較小。

（3）普魯士藍材料的低電導率可以通過碳涂層策略來解決，低溫或基于溶液的化學合成可將普魯士藍顆粒結合到各種碳材料或導電聚合物上來提高導電性。

（4）多價陽離子比單價陽離子的插層機制要復雜得多，需要設計一種能夠在每個分子式單元中可逆地嵌入/提取一個以上電子的主體材料以實現更高價態陽離子的利用。

圖2. 普魯士藍材料的合成方法示意圖

Prussian-blue materials: Revealing new opportunities for rechargeable batteries, InfoMat 2022. DOI: 10.1002/inf2.12311

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