普鲁士蓝及其类似物作为钠离子电池正极材料的研究进展

普鲁士蓝及其类似物具有独特的开放框架结构、丰富的储钠位点及较大的钠离子迁移通道,是最有商业化前景的钠离子电池正极材料之一.该类材料主要是利用共沉淀法或单一铁源自分解的方法合成.其超低的沉淀溶解平衡常数导致该类材料在制备过程中极易产生晶格缺陷和结晶水,造成比容量低、倍率能力欠佳和长期稳定性差.本文主要介绍了普鲁士蓝及其类似物材料的结构特征及其电化学特性,综述了该类材料的制备和改性方法,并对其作为钠离子电池正极材料的发展进行了展望.这一综述将推动普鲁士蓝材料在钠离子电池中的进一步研究,尤其是其新兴商业化进展.     

钠离子电池用铁基正极材料的研究进展

气候变化和化石燃料枯竭等问题将促进新型绿色能源的开发和利用。因此,高效率、低成本、安全的储能系统,得到了越来越多的关注和研究。在各类储能系统中,二次电池是存储电能、为电子设备供电的最理想选择。目前,锂离子电池(LIBs)的应用最广泛。然而,地球上锂资源的短缺和分布不均造成的成本较高,急需研究和开发其他高性能的新型二次电池。钠元素具有地壳中储量丰富、均匀且与锂具有相似化学性质等优势,使得钠离子电池(SIBs)成为了取代LIBs最有前景的备选二次电池之一。然而,钠离子的体积较大、离子传导动力学更缓慢、导电性更差等问题,限制了SIBs高性能的实现,这是目前研究的难点和重点。此外,铁具有储量丰富、环境友好的特点,其在SIBs中的应用引起了电池领域科研工作者的广泛关注。因此,寻找良好的铁基正极材料成为SIBs高性能电极材料开发的一个重要研究方向。本综述对近年来SIBs铁基正极材料方面的研究进展进行了总结,并按照聚阴离子型化合物、过渡金属氧化物、普鲁士蓝及类似物和氟化物分类,进行了系统的阐述和分析。     

钠离子电池正极材料研究进展

近年来,钠离子电池由于资源丰富、价格低廉等特点,逐渐成为储能领域的研究热点。然而,钠离子具有较大的离子半径和较慢的动力学速率,成为制约储钠材料发展的主要因素,而发展高性能的嵌钠正极材料是提高钠离子电池比能量和推进其应用的关键。本文详细综述了目前钠离子电池研究的正极材料体系,包括过渡金属氧化物、聚阴离子类材料、普鲁士蓝类化合物、有机分子和聚合物、非晶材料等,并结合这几年我们课题组在正极方面的研究工作,探讨了材料的结构和电化学性能的关系,分析了提高正极材料可逆容量、电压、结构稳定性的可能途径,为钠离子电池电极材料的发展提供参考。     

铁基普鲁士蓝正极的制备及电化学储钠性能

通过引入抗氧化剂(抗坏血酸)和配位剂(柠檬酸钠),采用共沉淀法在室温下制备出了高钠含量、低缺陷的铁基普鲁士蓝材料。由于高的钠含量和低的晶体缺陷,该材料在0.1C时容量可达110.0 mAh·g^-1。除了普鲁士蓝材料独特的开放框架结构,其多边界结构和低的缺陷,使该材料表现出优异的倍率性能和循环稳定性。在10C大电流下,容量仍有86.6 mAh·g^-1,1C电流下经过1300次循环,容量保持在90.1 mAh·g^-1,容量保持率达到86.9%。     

钠离子电池硫酸盐正极材料的研究进展

电化学储能设备已经成为现代社会不可分割的一部分.其中,锂离子电池(LIBs)的应用最为广泛.然而,地壳中锂资源短缺且分布不均匀,带来的较高成本和发展不均衡,急需研发其他高性能的二次电池.钠元素在地壳中储量均匀、丰富,并且具有与锂相似的化学性质,使得钠离子电池(SIBs)成为了代替LIBs最有应用前景的二次电池之一.SI...     

电感耦合等离子体发射光谱法测定普鲁士蓝类正极材料中铁和钠

采用电感耦合等离子体发射光谱法同时测定钠离子电池普鲁士蓝类正极材料中铁、钠元素的含量。分别对称样质量、样品消解用酸的种类和用量进行了研究,结果表明20 mg普鲁士蓝类正极材料加入15 mL浓盐酸,加热保温约1 h,可完全消解。目标物的分析谱线为Fe 238.204 nm,Na 589.592 nm。仪器最佳工作参数：发射功率为1.2 kW,雾化器流量为0.6 L/min,观测方向为轴向。综合采用基体匹配法和多谱线拟合校正方法消除干扰。按照该方法测定,铁、钠标准曲线的线性相关系数均大于0.999,检出限小于0.05 μg/mL。样品加标回收率为100.7%～102.3%。对同一样品处理6次,测定值的相对标准偏差为0.817%～1.980%。     

铁基普鲁士蓝正极材料的宏量制备及电化学储钠性能

以柠檬酸钠作为配位剂,采用共沉淀法,在室温下制备了铁基普鲁士蓝材料(FePB).当使用20 L容积的反应釜,并将前驱体亚铁氰化钠(Na4[Fe(CN)6])的浓度提高至0.5 mol·L-1时,制备一次可实现高达500 g的产量.电化学测试显示,所得FePB材料具有较高的容量、优异的倍率性能和良好的循环寿命.在0.1C...     

普鲁士蓝正极材料的离子交换法制备及电化学储钾性能

采用氯化钾(KCl)和钠基普鲁士蓝(NPB)材料Na2-xMn[Fe(CN)6]z·yH2O为原料,通过离子交换法制备了掺钠钾基普鲁士蓝(NKPB)材料K1.9Na0.1Mn[Fe(CN)6]·0.4H2O。电化学测试表明,与用传统共沉淀法制备的钾基普鲁士蓝(KPB)材料K1.85Mn[Fe(CN)6]0.98□0.02·0.7H2O(□代表[Fe(CN)6]空位)相比,采用离子交换法制备的NKPB具有更高的容量(0.1C首次放电容量达136.3 mAh·g^-1)、较好的循环稳定性(0.5C经过100次循环,容量保持率为96.1%)和优异的倍率性能(5C和10C容量分别为87.6和68.4 mAh·g^-1)。NKPB优异的电化学性能与其高的钾含量、完整的晶体结构、钠离子掺杂、纳米级的颗粒尺寸,以及独特的开放框架结构有关。     

P2结构层状复合金属氧化物钠离子电池正极材料

目前,碱金属(锂、钠、钾等)离子电池中的锂离子电池已经广泛应用于社会生产生活的各个方面,有力地支撑了社会的自动化、信息化和智能化。然而,由于锂在地壳中的丰度较低,以较高丰度的钠为基础的钠离子电池引起了研究者和社会的广泛关注。其中,正极材料是制约钠离子电池实用化的重要因素之一,人们需要开发出面向实际应用的正极材料。P2结构层状复合金属氧化物钠离子电池正极材料具有资源丰富、制备简单、结构稳定、放电容量高、倍率性能好和循环稳定性较好等优点,获得了研究者的广泛关注,具有实用化前景。这一系列材料由于涉及到多种过渡金属元素的组合,较为复杂。本文针对含单一过渡金属、二元组分过渡金属、三元及以上组分过渡金属的P2结构材料及其优化改性进行了系统性梳理,力求厘清研究脉络,梳理研究思路,并给出了今后发展的方向与预测。P2结构材料的主要问题是提高其初始放电容量,氧还原的应用是解决这一问题的重要方向。此外,优化材料组分及采用具有丰富储量、低成本、高安全性和环境友好性的原材料是进一步降低成本并保护环境的重要研究方向。     

阶梯形貌铁基普鲁士蓝制备及性能

采用柠檬酸辅助单一源法水热制备了具有表面从边缘向中心依次凹陷降低形貌的铁基普鲁士蓝（SFePBA）。与典型立方形貌FePBA(C-FePBA)相比,BET测试证明阶梯型特殊形貌使其具有增大一倍的比表面积,EIS测试证明其具有更低的阻抗。不同扫描速率下的循环伏安分析证明其具有赝电容效应,从而具有优异的倍率性能。电流密度由0.1 A/g增大到5 A/g,容量几乎不变,保持率为94%。此外不同电压下的非原位XRD测试证明其具有良好的结构可逆性,循环稳定性优良,在0.6 A/g电流密度下循环1500次后容量保持率为89%。     

Prussian Blues as a Cathode Material for Lithium Ion Batteries

Prussian blues (or iron cyanides) and their analogues are attractive in both fundamental studies and industrial applications owing to their chemical and structural diversity. The large open space in their framework provides tunnels and space for the transport and storage of lithium ions. Two Prussian blues were synthesized by a co‐precipitation method. The nanosized Fe₄[Fe(CN)₆]₃ and cubic FeFe(CN)₆ deliver reversible capacities of 95 mAh g^?1 and 138 mAh g^?1, respectively. In comparison, FeFe(CN)₆ shows cycling and rate performances superior to Fe₄[Fe(CN)₆]₃.     

Amorphous MnO2 as Cathode Material for Sodium‐ion Batteries

Amorphous MnO₂ has been prepared from the reduction of KMnO₄ in ethanol media by a facile one‐step wet chemical route at room temperature. The electrochemical properties of amorphous MnO₂ as cathode material in sodium‐ion batteries (SIBs ) are studied by galvanostatic charge/discharge testing. And the structure and morphologies of amorphous MnO₂ are investigated by X‐ray diffraction (XRD ), scanning electron microscopy (SEM ), transmission electron microscopy (TEM ) and Raman spectra. The results reveal that as‐synthesized amorphous MnO₂ electrode material exhibits a spherical morphology with a diameter between 20 and 60 nm. The first specific discharge capacity of the amorphous MnO₂ electrode is 123.2 mAh •g⁻¹ and remains 136.8 mAh •g⁻¹ after 100 cycles at the current rate of 0.1 C. The specific discharge capacity of amorphous MnO₂ is maintained at 139.2, 120.4, 89, 68 and 47 mAh •g⁻¹ at the current rate of 0.1 C, 0.2 C, 0.5 C, 1 C and 2 C, respectively. The results indicate that amorphous MnO₂ has great potential as a promising cathode material for SIBs .     

Progress of Prussian Blue and Its Analogues as Cathode Materials for Potassium Ion Batteries

Environmental pollution and the energy crisis have promoted the development of clean energy as well as new-generation energy storage systems. Potassium ion batteries (PIBs) have emerged as a possible alternative to lithium-ion batteries due to their abundant reserves, low cost, and impressive electrochemical performance. However, the search for suitable cathode materials has become particularly crucial. Recently, Prussian blue (PB) has been investigated as a potential cathode material for PIBs, which has an open three-dimensional framework to accommodate a large volume of potassium ions and adjustable composition for different applications. In this review, Prussian blue and its analogues (PBAs) and their application in PIBs were summarized detailly. We presented the composition, structure, potassium ion storage mechanism, preparation process of PBAs, and then focus on the performance optimization methods of the PBAs, including transition metal doping and conductive material adding into PBAs. Finally, the challenges as well as the outlook on the future development of PBAs were proposed for further application in this battery system.     

钠离子电池电极材料研究进展

室温钠离子电池由于原料丰富,分布广泛,价格低廉,引起了人们的研究兴趣。然而,由于钠离子相对于锂离子较重且半径较大,这会限制钠离子在电极材料中的可逆脱嵌过程,从而影响电池的电化学性能。因此研发先进的电极材料成为钠离子电池实用化的关键。本文中我们主要介绍了几种典型的钠离子电池电极材料,并对其最新的研究进展进行了简要综述,将为钠离子电池新型电极材料的研究提供基础。     

钠离子电池电极材料研究进展

室温钠离子电池由于原料丰富,分布广泛,价格低廉,引起了人们的研究兴趣。然而,由于钠离子相对于锂离子较重且半径较大,这会限制钠离子在电极材料中的可逆脱嵌过程,从而影响电池的电化学性能。因此研发先进的电极材料成为钠离子电池实用化的关键。本文中我们主要介绍了几种典型的钠离子电池电极材料,并对其最新的研究进展进行了简要综述,将为钠离子电池新型电极材料的研究提供基础。     

NASICON结构正极材料用于钠离子电池的研究进展

随着二次电池技术的迅速发展,锂离子电池(LIBs)已经成为了当今社会一种重要的储能装置。然而,地壳中锂资源有限、含锂化合物价格昂贵,因此科研工作者正在积极寻找LIBs的替代品。钠离子电池(SIBs)具有与LIBs相似的工作原理,且钠元素在地球上储量更丰富更均匀、价格更低廉,使得SIBs成为了最有希望替代LIBs的新型二次电池体系之一。不过,钠离子半径较大、充放电过程中电极材料的不可逆性更明显等缺点,明显地增加了开发高性能SIBs的难度。因此,寻找具有优异性能的电极材料,成为了当前SIBs研究的难点和重点。钠超离子导体(NASICON)结构材料是一类具有超快钠离子传导能力的化合物,在脱/嵌钠过程中具有离子传导率高、结构稳定等优点,表现出明显的应用潜力。本文将在介绍NASICON材料晶体结构的基础上,重点从过渡金属种类与个数,以及阴离子调控的角度,总结其研究进展,并分析了该类材料面临的主要问题和挑战。