【仪表网 研发快讯】普鲁士蓝类似物(Prussian Blue Analogues, PBAs)因其开放的框架结构和较高的理论容量，被认为是水系钾离子电池中极具潜力的理想电极材料。然而，目前的研究大多聚焦于正极材料中过渡金属元素的调控与晶体结构的优化，常常忽略了晶格间隙水对电极动力学行为和结构稳定性所起的关键作用。
 

　　对于不含碱金属阳离子的PBAs负极材料而言，其结构内部的空腔更易被水分子占据。在钾离子脱嵌过程中，这些间隙水可能随K?一同流失，进而引发晶格结构畸变、相结构退化以及离子扩散动力学迟滞等问题。这些问题在以往研究中未受到足够重视，严重限制了PBAs在低电压负极中的有效应用，成为制约其性能提升的关键瓶颈。
 

　　中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心的研究团队提出了一种“阳离子自屏蔽”策略，以富含间隙水的MnCr基普鲁士蓝(K?.??Mn[Cr(CN)?]?.??·4.75H?O，简称MnHCC)作为水系钾离子电池负极材料，并引入二羟基丙酮(DHA)作为电解液添加剂，构建出K?-DHA自屏蔽阳离子。DHA凭借其强配位能力优先占据K?的溶剂化壳层，有效抑制了间隙水参与脱嵌过程，从而维持了电极的富水状态和结构稳定性。研究揭示了间隙水流失导致MnHCC电极出现双充电平台的机制，并证实DHA能够通过抑制间隙水脱出和结构畸变，使MnHCC电极的充电电位稳定在-1.0 V?；诟貌呗宰樽暗娜章呈坷端导乩胱拥绯厥迪至?.82 V的高工作电压和76 Wh kg?¹的有效比能量，为发展高安全性、低成本的储能电池提供了新思路。
 

　　本工作受到国家自然科学基金、江苏省碳达峰碳中和创新计划的资助。中国科学院物理研究所博士后郭秋卜及博士生韩帅为本文第一作者，陆雅翔研究员、肖睿娟副研究员和胡勇胜研究员为文章通讯作者。该成果以“阳离子自屏蔽”策略助力构建高电压全普鲁士蓝水系钾离子电池(Cation-self-shielding strategy promises high-voltage all-Prussian-blue-based aqueous K-ion batteries)为题发表于《自然·通讯》(Nature Communications)杂志上。
 
 

　　图 (a)21KOTF 电解液中 MnHCC电极的 GCD 曲线。(b, c)21KOTF + 1m DHA电解液中 MnHCC 电极的 GCD和CV 曲线。(d)电极内离子迁移示意图。(e, f)不同电解液的核磁和拉曼分析。(g)不同电解液中MnHCC电极的放电-充电过程示意图。