Small Structures:钾离子电池正极材料新宠!看普鲁士蓝类聚物的崛起之路

锂资源分布的不均衡和价格波动使得锂离子电池在大规模储能设备上的应用受到了极大的限制。为此,海内外研究学者们迫切寻找出一种价格低廉,安全环保并具有较高能量密度的电化学储能设备来满足日益增长的可再生能源需求。钾离子电池具有较低的还原电势,地壳中钾资源储备丰富且绿色环保等特点,在完美继承锂离子电池“摇椅式”工作原理的同时具有更小的溶剂化离子半径,使得钾离子电池电解液具有更优异的导电性,因而有望成为大规模电化学储能的首选。不同于石墨负极材料在钾离子电池中的巨大商业化应用前景,钾离子电池正极材料普遍存在循环稳定性和倍率性能较差,比容量和工作电压较低等问题使得相关研究进展缓慢,严重制约了钾离子电池的实际应用。普鲁士蓝类聚物因其制备简单,原材料成本低,组分多样,理论比容量高(170 mAh g-1)和循环稳定性优异,被认为是最具有商业化潜力的钾离子电池正极材料。但是目前针对普鲁士蓝类聚物应用在钾离子电池中的相关研究较少,因而该领域仍处于研究的初级阶段并且急需专家学者们的密切关注。

澳大利亚悉尼科技大学的汪国秀教授课题组根据普鲁士蓝类聚物在晶体结构,化学组成,反应机理上的特点,重点介绍了先进的普鲁士蓝类聚物正极材料在水系和非水系钾离子电池中的应用,并详细讨论了相应的改性方法。作者们认为,相较于传统的锂离子电池和钠离子电池体系,普鲁士蓝类聚物正极材料在钾离子电池中展现出更加优异的电化学性能。同时,普鲁士蓝类聚物仍面临着导电性和热稳定性较差等缺点,探寻有效易行的改性方法迫在眉睫。最后,作者们对普鲁士类蓝聚物正极材料未来的发展和所面临的机遇与挑战进行了展望,并指出其在水系钾离子电池体系中具有更加广泛的应用前景。相关论文在线发表在Small Structures (DOI: 10.1002/sstr.202000054)上。悉尼科技大学博士生赵硕卿和郭子琪为第一作者。悉尼科技大学汪国秀教授和孙兵博士后研究员为共同通讯作者。